Zaloguj się
Wszystkie
13 października 2023
182
- 2 porty USB z zabezpieczeniem przepięciowym i przeciążeniowym,
- interfejs Ethernet 10/100 wyprowadzony na zespolone gniazdo RJ45,
- 2 interfejsy UART na bazie FT234XD z wyprowadzonymi sygnałami RXD/TXD oraz RTS/CTS,
- interfejsy UART są uzupełnione o drivery RS232,
- format nakładki jest zgodny mechanicznie z płytkami HAT do Raspberry Pi,
- urządzenie jest hubem USB z rozszerzoną funkcjonalnością, dzięki czemu może współpracować z dowolnym komputerem PC wyposażonym w port USB,
- pracującym pod systemem Windows lub Linux.
Format nakładki jest zgodny mechanicznie z płytkami HAT do Raspberry Pi, co ułatwia jej pewne mocowanie, a wyfrezowane otwory nie utrudniają dostępu do złącz kamery i wyświetlacza Pi. Moduł zawiera specjalizowany 4-oportowy hub USB z wbudowanym kontrolerem Ethernet 10/100 typu LAN9514 firmy Microchip. Struktura wewnętrzna układu została pokazana na rysunku 1. Nakładka, jako hub USB z rozszerzoną funkcjonalnością może współpracować z dowolnym komputerem PC wyposażonym w port USB, pracującym pod systemem Windows lub Linux.
Budowa i działanie
Do połączenia z komputerem hosta, zastosowano złącze USB-C typu 4410, umożliwiające podłączenie interfejsu USB-C w trybie zgodności z USB2.0. W trybie zgodności stosowane jest tylko zasilanie oraz jeden kanał komunikacyjny. Sygnały interfejsu USBH_P/N oraz zasilanie +5 V zabezpieczone są przed skutkami przepięć układem TVS1 typu ESD204DQAR zawierającym matrycę diod zabezpieczających o niskiej pojemności, zaprojektowaną do pracy z sygnałami szybkich interfejsów komunikacyjnych. Matryca jest „przelotowa”, a zastosowana obudowa USON ułatwia projektowanie połączeń. Układ w zasadzie „nakładany” jest na linie sygnałowe, bez zmiany ich przebiegu, nie wymaga więc odbić ścieżek i tworzenia dodatkowych pętli w celu podłączenia zabezpieczenia. Pozwala to zachować impedancję połączeń, co jest szczególnie istotne w przypadku sygnałów różnicowych. Nie bez znaczenia jest też możliwość minimalizacji zakłóceń promieniowanych. Sygnały interfejsu USB doprowadzone są do układu LAN9514, a zasilania +5 V do układu przetwornicy obniżającej U6 typu NCP1597, z ustalonym dzielnikiem R18, R19 napięciem wyjściowym 3,3 V. Obecność zasilania 3,3 V sygnalizuje dioda LD3.
Głównym elementem MultiHuba jest układ U1 typu LAN9514. Układ U3 (MCP100T) zapewnia reset po włączeniu zasilania, U1 taktowany jest oscylatorem 25 MHz z rezonatorem kwarcowym XT1 i elementami C20, C21, R7. Część cyfrowa LAN9514, zasilania jest napięciem 3,3 V, każde z wyprowadzeń potencjału VDD33IO odsprzęgnięte jest kondensatorem C9...C13, zasilanie części analogowej +3,3 VA jest dodatkowo filtrowane przez dławik FB1 i odsprzęgniete przez C1...C7. Dla zasilania rdzenia LAN9514 stosowane jest napięcie 1,8 VL z wbudowanego LDO.
Zwora VBUS domyślnie zalutowana w pozycji BP, informuje układ LAN9514 o sposobie zasilania, w pozycji PB jest to zasilanie z magistrali hosta, czyli ze złącza USB-C. Sygnalizacja obecności zasilania USB poprzez dzielnik R2, R3 podłączona jest do wyprowadzenia detekcji magistrali VBUSDET.
Układ LAN9514 ma możliwość indywidualnej konfiguracji m.in. VID/PID i zachowania danych w pamięci nieulotnej U2 typu 93LC66A. W modelu elementy są wlutowane, ale nie są używane, układ pracuje w konfiguracji fabrycznej.
LAN9514 oprócz samego czteroportowego huba, ma także cztery kanały zarządzania zasilaniem podłączonych urządzeń. Sygnały PWA...PWD sterują kluczami zasilania. Jako klucze zastosowano układy U4, U5 typu MIC2026-1YM z prądem ograniczenia 0,5 A. Wyprowadzenie PRTCTLx LAN9514 jest dwukierunkowe, co umożliwia menedżerowi zasilania wbudowanemu w U1 sterowanie zasilaniem (ENx) z jednoczesnym monitorowaniem przeciążenia (!FLGx) klucza. Jeżeli zostanie wykryte przeciążenie na szynie zasilania, klucz zostaje odłączony i w zależności od zachowania systemu operacyjnego – może zostać wygenerowane powiadomienie o przeciążeniu portu.
Sygnały huba USB z kanałów A i B doprowadzone są do podwójnego gniazda USB. Zasilanie w każdym kanale zabezpieczone jest dodatkowo diodą TVS4, TVS5 oraz filtrowane przez FB4, FB5, C26, C27, co zapewnia jego stabilność podczas podłączania urządzenia USB. Sygnały interfejsów A i B zabezpieczone są przez układ TVS3, podobnie jak sygnały USB hosta.
Intefejs Ethernet 10/100 wyprowadzony jest na zespolone gniazdo RJ45 typu 74990100011 A. Rezystory R13, R14, R16, R17 dopasowują sygnały różnicowe LTX/LRX, R15, C28 filtruje zasilanie odczepów środkowych wbudowanych transformatorów. Układ TVS2 zabezpiecza interfejs przed skutkami przepięć. Diody LD2, LD1 sygnalizują aktywne połączenie i transmisję danych.
Kanały C i D huba, doprowadzone są do konwerterów USB/UART typu FT234XD. Każdy z kanałów ma niezależne zasilanie +3,3 VA/VB pochodzące z klucza U5. Do sygnalizacji aktywnej transmisji służą diody LD4, LD5. Układy FT234 skonfigurowane są do sygnalizacji sumy sygnałów RXD, TXD przy pomocy konfiguratora FT_Prog. Na złącze UART wyprowadzone są sygnały obu kanałów szeregowych wraz z zasilaniem +3,3 VUBA/B. Oprócz podstawowych RXD/TXD dostępne są sygnały RTS/CTS dla realizacji transmisji ze sprzętowym potwierdzeniem.
Układ konwertera USB/UART uzupełniają drivery RS232. Każdy z kanałów UART ma możliwość podłączenia drivera U7 typu ADM3232 dla zapewnienia konwersji z 3,3 V do poziomów wymaganych dla standardu RS232. Konwersja jest dostępna tylko dla sygnałów RXD/TXD każdego kanału. Przełącznikami RS232 A, B łączymy drivery z konwerterami UART. Należy pamiętać, aby kanałach nie korzystać jednocześnie z sygnałów złącza UART i konwertera RS232, aby nie doprowadzić do zwarcia wyjść we współpracujących układach i driverze ADM3232. Układy U8,9 izolują konwertery FT234 od drivera U7, gdy z jakiegoś powodu napięcia +3,3 VA/B są wyłączone, np. podczas przeciążenia lub inicjacji USB. Zapobiega to wstecznemu przepływowi zasilania do konwerterów. Sygnały w standardzie RS232 dostępne są na złączu RS232 typu MPC4. Diody TVS6, TVS7 dodatkowo zabezpieczają driver przed skutkami przepięć.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
