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物联网电池供电设备设计中的USB连接

Alf Petter Syvertsen?? 2015年07月20日 ?? 收藏1
在过去十年中,通用串行总线(USB)标准由于具备易用、随插即用的功能性和可用性,因此被众多工业和消费性电子产品的设计人员作为连接其他应用的首选接口。USB已实现其主要目标,即提供消费者简化控制周边设备和传输数据的方法。随着超过三十亿个具备USB接口的电子设备进入市场,USB不仅是消费性应用中成长最快的接口,在工业市场也取得了显著的成长。

然而对于嵌入式解决方案设计人员而言,USB易用、随插即用的功能性和可用性并非完全不需要付出代价,特别是如果他们正在为物联网设计功耗敏感、电池供电的连接设备产品时。对小型、便携式设备来说,增加USB作为通信接口至少要增加一倍的应用电流消耗,并且需要比原先预期更大的电池。

从传统的串行接口通信升级到广受欢迎的USB接口,通常会由于功耗预算的限制而变得难以实行。一般情况下,设计人员不得不在增加双倍电池容量和增加设备成本 (这使其不再那么具吸引力)、或舍弃急需的差异化功能之间做出选择。下面让我们来看看USB标准如何从为所有PC连接提供标准化的梦想,演变为甚至可使IoT小型电池供电设备与任何其他设备通信的最先进技术。

USB简史

如果你曾经研究过1990年代末期生产的桌上型计算机的背面,你或许一眼就能认出为连接不同硬件到计算机而出现的许多标准。这些连接标准包含5引脚的DIN、PS/2、串行端口、并行端口、也许也有一两个SCSI(“scuzzy”)通信端口,如果你是一个游戏玩家,你还会在音效卡上有一个游戏连接端口。

USB早期开发人员意识到了这种纷乱的连接状况,并在1995年开始创造一种机器对机器(M2M)的通用标准,以取代所有其他接口标准。在1990年代末期,当 USB第一次被采用时,它只是作为“另一种连接器”加入到PC。然而在2000年起USB开始迅速发展,并在经过一系列的更新后,它成为目前最被广泛采用 的M2M接口之一。只要看看你的笔记型计算机和手机就能明白USB标准的成功。你的智能手机可能只有一个连接接口:USB。如果你在2010年以后购买了 笔记型计算机,便会发现除了显示器和网络连接器之外,它可能只具有USB接口。此外,用于现今笔记本电脑和平板电脑的触控板、键盘和其他周边设备都透过 USB与主处理器通信。

USB标准的拓扑连接分为设备(device)和主机(host)。主机是发起通信并提供电源的机器;在桌面上,通常就是你的笔记本电脑或台式PC。设备是连接到主机的下游设备,简单的回应主机的任何请求;在桌面上,鼠标和键盘就是常见的USB设备。

关于USB连接器的独特之处是它也可以为连接的设备供电,因此不需要为你的鼠标或外接硬盘驱动器增加额外的电源。USB标准规定主机至少输出100mA的电 流给设备,并且如果设备支援的话,它有可能获得500mA电流。这些供电能力来自最初的USB标准,PC几乎总是作为主机,并且它们一直都是透过墙壁插座获得电源。这个USB标准需求限制了USB在低功耗应用上的发展,尽管对PC应用来说,主电源供应并不成问题。

但是当这种成熟的M2M接口要满足今日电池供电的IoT世界时,会发生什么?当主机也是一个便携式设备时,又有什么影响呢?

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USB? 电池供电?

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