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您的USB连接器供电深度测试

  • 发布日期:18-09-11 18:02
  • 点击数:127
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USB供电不足问题,相信很多朋友们或多或少也因为类似的情况而烦恼过,其实,USB供电不足的问题一直伴随着USB的发展。类似事件频频发生,然而一直以来USB供电不足的问题始终没有得到很好的解决,给用户带来不少的烦恼,尤其是对于一些入门级用户和电脑门外汉,情况不容忽视。那究竟是什么原因造成供电不足的呢?本文将主要通过测试市面上一些常用的USB2.0设备的供电表现,让更多用户朋友都能了解目前市场主流USB2.0设备的供电情况。

USB连接器2.0设备的供电表现

USB针脚定义以及规格

USB针脚定义以及规格

USB是Universal SerialBUS(通用串行总线)的缩写。1996年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合推出了USB1.0接口规范。时至今日已经过去13个年头。在电脑普及的今天,USB设备在我们的日常生活中随处可见,是应用最广泛的接口规范之一。USB接口规范在发展的过程中也经历了几次升级和改进,从最初的USB1.0升级到了USB1.1,再到目前主流的USB2.0规范,一直到刚刚问世不久的USB3.0。

接下来主要了解下USB2.0和USB3.0的针脚定义及规格。

USB2.0接口

USB2.0接口引脚

USB2.0针脚定义:其中针脚1和针脚4负责供电,理论上提供能提供500mA的电流;针脚2和针脚3负责数据传输,USB2.0理想传输速率是4.8Gb/s(约480m/s)。

USB2.0理想传输速率

以上就是我们常见常用的几种USB2.0接口规格,而在后面的测试中笔者主要用到“类型A”和“Mini-B”2种接口设备。

USB3.0接口

USB连接器3.0接口

USB 3.0采用了9针脚设计,为了向下兼容USB2.0,其中四个针脚和USB 2.0的形状、针脚定义均完全相同(图中有误,信号线D+与D-颠倒了)。另外5根是专门为USB 3.0的传输加速,称之为:Super Speed。

未来市场将会推出的几种USB3.0接口规格。

USB3.0是最新推出的接口规范,目前支持USB3.0的设备寥寥无几,对于普通用户朋友们而言现在还用不上。为了更贴近目前用户的使用情况,本文只针对USB2.0设备进行供电测试。

测试原理及方法

USB连接器测试原理及方法

根据USB2.0的针脚定义,我们可以使用一条USB2.0延长线连接到一个无外接供电的USBHub,所有USB设备均连接到这个Hub上,截断延长线中的V+导线并在其中串入45mOhm的无感电阻,用万用表测量电阻两端的压降,由欧姆定律I=U/R即可得出USB供电线路上的电流值。

USB2.0延长线连接到一个无外接供电的USBHub

笔者把USB延长线中的导线V+截断,串入分流电阻。

USB延长线中的导线V+截断

USB延长线改造中采用的分流电阻的规格是:5A-75mV,我们可以从中得出单个分流电阻的阻值是15mOhm。如果只单单串联一个分流电阻的话,会因为电阻阻值太小,测出的电压值几乎不在万用表的读数范围内,无法准确的测量,所以笔者串联了3个同样的分流电阻,阻值是45mOhm。

最后将万用表的表笔分别连接到串联电阻的两端,USB延长线改造初步完成。由于3个分流电阻器串联在USB延长线V+导线中,导线与接线柱之间的接触和电阻之间连接所用的导线都会存在一定的电阻值。我们并不知道这段分流电阻(从红表笔那个线柱到黑色柱之间)到底有多大的电阻值,所以为了确保获得准确的数据,接下来我们必须进行校准工作。


校准工作

校准的方法是:把分流电阻串联到一个AC/DC 开关电源(220V转 12V 1A)输出端+12V上,然后连接到负载仪的12V负载器上。我们通过调节负载仪的按钮来增加负载,12V负载机的电流表里会显示相应的输入电流值,并用万用表测量负载时分流电阻两端的压降。当笔者把电流调到1安培时,万用表显示分流电阻两端的压降是54mV。根据电流和电压值,我们计算出这段分流电阻的阻值是54mOhm。

测试平台

测试平台列表

测试平台

USB2.0设备介绍

为了更贴近目前用户朋友们的使用情况,笔者收罗了市面上各种比较最常用的USB2.0设备,在一片技嘉P55A-UD4主板上进行对比测试。其中包括鼠标,键盘,移动硬盘存储设备等等,一共12款。

所有参加本次测试的USB2.0设备。

USB设备列表

接下来对所有设备进行一一上机测试,部分设备需要分别在2种情况下测试。例如测试硬盘在待机下的电流和在拷贝负载,两种不同情况下的供电表现;而USB网卡要测试高速下载时的电流,并记录和整理测试数据。

移动硬盘测试解析

三星250G移动硬盘(5V800mA)在待机时的电流是343mA,而负载下最高能达到632mA,两者状态下相差300mA左右的电流。目前机械硬盘一般容量较大,加上技术的因素,所以功耗都较高,即使在待机下电流也很大,从测试数据中我们可以看出机械硬盘并不节能。由于USB2.0标准能提供500mA的电流,如果用户朋友购买的移动硬盘的参数太高的话,往往会出现因USB供电不足的问题。如果出现这种情况,用户朋友一般采取接双USB或者外接供电的方法来解决。

金士顿64G固态硬盘(5V400mA)在待机时的电流是125mA,而满载最高电流不到398mA,电流相差足足有3倍多。SSD硬盘在待机或者轻载时电流很低,新固态硬盘存储技术在节能控制做得比较好。目前SSD硬盘的标称参数要比机械硬盘低不少,出现供电不足的机率也很低。

用户朋友们在选购2.5寸移动硬盘时,务必注意2个事项:1.尽量不要选择容量太大的盘;2.选择参数较低的硬盘,例如5V 700mA或者5V 500mA以下等等。

小存储设备测试解析

4G标准U盘待机时电流是44mA,负载时电流最高在110mA左右。对于同样是4G的U盘,却表现出不同的电流值,是因为标准U盘的内部结构比较复杂,PCB面积相对较大,IC较多,功耗也比较高,所以满载时要电流要比小U盘高不少。

另外4G CF卡的电流很低,在待机和负载时分别为:39mA/65mA。从U盘和CF卡的测试表现来看,整体上电流都不高,最高也不过110mA,离USB2.0标称的500mA还甚远,至于供电不足的情况几乎不可能出现。

外设测试解析

在很多人看来USB键盘的功耗都会比USB鼠标要大,其实不然。我们从以上数据对比可以得知:其实鼠标的电流比键盘要大很多,为了排除个体问题,笔者还更换了其他品牌的USB键盘测试,测试结果几乎没什么区别,结果令人诧异。

极速T21摄像头待机时的电流是55mA;当用摄像头进行连续拍摄视频的时候,电流达到82mA,摄像头一般不会出现供电不足的情况。

其他设备测试

USBLED灯在刚刚接入USB接口时电流还在280mA左右徘徊,随着LED灯的温度渐渐升高,热阻变大,电流也随之渐渐的降低,稳定在260mA。如果当USB供电不足时,对于USB LED灯而言,倒不至于因为USB供电不足而无法使用,尽管LED灯的亮度很暗,但至少它还能用。

最后说到USB网卡,使用USB网卡的朋友需要关注一下了:别小看这小小的USB网卡,当它在你高速下载的时候,网卡的电流非常大。笔者使用2MADSL 下载WIN7 ISO文件的时候,无线网络的信号是54.0Mbps,平均下载速度在300KB/S左右,NetgearUSB无线网卡的电流是469mA,非常惊人,已经接近了一个移动硬盘拷贝文件时的电流了。

数据汇总与总结

USB连接器数据汇总与总结

USB测试数据汇总

USB测试数据汇总

从本次测试结果来看,大容量移动硬盘、USB无线网卡和USBLED灯在负载时的电流较高;外设和U盘等其他设备电流相对较低。由于USB2.0的标准电流是500mA,而有些移动硬盘标称的电流往往要比500mA高。如果主板USB不能提供稳定的供电,很容易导致供电不足,对于市面上部分主板的USB设计来说有一定的挑战。对于目前一些USB较少的主板,经常有用户抱怨接口太少。在主板USB较少不够用、供电不足的情况下,可以外接一个USBHub可以解决接口不够的问题,但会使得供电不足的问题更加凸显,因为任何的设备在工作时多多少都有在耗电。最后希望在看完本篇文章后的朋友,能对USB设备供电有一定的了解,并能在您选购USB设备时,提供一定的参考作用。

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