چطور یک هاب USB پرقدرت بسازیم؟ (مدار هاب یو اس بی)
محتویات
امروزه، میزهای ما پر از دستگاه هایی است که باید از طریق USB به رایانه شخصی متصل شوند یا باید با چندین چیز که دارای USB هستند کار کنیم. این یک مشکل است زیرا لپتاپ ها فاقد پورت های متعدد هستند و اینجاست که یک هاب USB یا USB Port Extender مفید است.
هاب USB یک دستگاه بسیار مفید است که به لپتاپ شما کمک میکند تعداد درگاه های بیشتری داشته باشد. استفاده از پورت های USB برای برنامه نویسان الکترونیک بسیار ضروری است. نه تنها برنامه نویسان، بلکه گیمر ها و عکاسان نیز به USB های همزمان زیادی نیاز دارند. در این مقاله یاد میگیرید چطور چند دستگاه مختلف مثل ماوس، کیبیورد، قلم ها و … را به لپتاپ خود متصل کنید.
مشخصات هاب USB:
- امکانات USB2.0
- 4 پورت اختصاصی
- قدرت بالا
هاب USB از امکانات USB2.0 پشتیبانی می کند و دارای 4 پورت USB اختصاصی خواهد بود. این هاب می تواند به صورت مناسب تغذیه شود، به این معنی که برق را از پورت USB میزبان می گیرد و آن را به سایر دستگاه های USB متصل توزیع می کند یا یک منبع تغذیه خارجی 5 ولت به آن اجازه می دهد تا دستگاه های خارجی را تغذیه کند.
قطعات مورد نیاز برای ساخت یک هاب USB
| تعداد | ویژگی | پکیج | قطعات |
| 12 | 0.1uF | C0603 | C5, C6, C7, C8, C11, C12, C13, C15, C17, C18, C20, C21 |
| 1 | 100k | R0805 | R11 |
| 5 | 100uF | E2-5 | C1, C2, C3, C4, C22 |
| 1 | 10k | R0603 | R8 |
| 1 | 10k | R0805 | R6 |
| 1 | 10uF | E2-5 | C19 |
| 1 | 12MHz | XTAL_ECS-120-18-4X-CKM | Y1 |
| 2 | 1uF | C0603 | C14, C16 |
| 1 | 2.5A/30V/105mΩ | SOT23-3 | Q1 |
| 1 | 20k | R0805 | R7 |
| 2 | 33pF | C0603 | C9, C10 |
| 1 | 4.7k | R0805 | R12 |
| 1 | 470R | R0805 | R10 |
| 1 | 470k | R0805 | R13 |
| 1 | 47k | R0603 | R9 |
| 4 | 500mA | THRMC2012X50N | R1, R2, R3, R4 |
| 1 | 680R | R0603 | R5 |
| 1 | DC-Socket | DCJACK_2MM_PTH | CN1 |
| 6 | FB-0603-2A | INDC1608X95N | L1, L2, L3, L4, L5, L6 |
| 1 | GL850G-HH | SOP65P780X200-2N | IC1 |
| 1 | RED | CHIPLED_0805 | LED1 |
| 3 | SRV05-4 – ESD Protection | SOT95P280X145-6N | IC2, IC3, IC4 |
| 4 | USB-A-S-X-X-TH | SAMTEC_USB-A-S-X-X-TH | J1, J2, J3, J4 |
| 1 | USB-AM-S-X-X-TH | SAMTEC_USB-AM-S-X-X-TH | J5 |
مدار هاب USB
شماتیک کامل هاب USB در زیر آورده شده است:
بیایید ببینیم اجزا چگونه به هم متصل می شوند. برای درک بهتر، هر بخش از شماتیک به صورت بلوک بلوک جدا شده اند.
بخش کنترلر GL850G
GL850G آی سی اصلی این پروژه است. این یکی از بهترین آی سی های موجود برای ساخت هاب USB است.
ما این آی سی را انتخاب کردیم زیرا مزایای عمده ای را در طول فرآیند طراحی USB HUB ارائه می دهد.
دارای هر دو تنظیم کننده افت ولتاژ 5 ولت تا 3.3 ولت و 3.3 ولت تا 1.8 ولت در یک تراشه است.
به عنوان یک توضیح مختصر، GL850G از یک پردازنده RISC 8 بیتی برای دستکاری رجیسترهای کنترل/وضعیت و پاسخ به درخواست‌های میزبان USB استفاده میکند. GL850G همچنین دارای سیستم عامل از پیش نصب شده ای است که ورودی/خروجی هدف کلی آن را کنترل می کند و همچنین به EEPROM خارجی دسترسی خواهد داشت.
در شماتیک بالا، ما از 4 پورت پایین دست متصل به عنوان DP1، DM1، DP2، DM2 و … تا DP4، DM4 استفاده می کنیم. این اتصال اصلی D+ و D- است که به دستگاه های USB مربوطه می رود.
برق را از طریق پایه 25 که یک خط 5 ولت است و پایه 24 که یک پایه 3.3 ولتی است می گیرد. بخش 3.3 ولت دارای یک فیلتر 0.1uF و خازن 10uF برای ارائه ولتاژ آنالوگ است.
پین اوت این آیسی را در تصویر زیر مشاهده کنید:
بخش اتصال USB Host و Overcurrent
این ورودی USB است. این قسمت دارای یک سوکت USB نری است که در رایانه شخصی، لپ تاپ یا دستگاهی که دارای ویژگی USB HUB است وارد می شود. همچنین از یک محافظ ESD استفاده می شود که دارای IC4 است که از این پورت بالادست در برابر ESD محافظت می کند.
تقسیم کننده ولتاژ تنظیم شده است تا 3.3 ولت را در این پین فراهم کند تا ویژگی حفاظت از جریان اضافه برای USB BUS در 4 پورت فعال شود.
پورت چهار برابر کننده
در تصویر بالا پورت Downstream نشان داده شده است. IC2 و IC3 دیود TVS برای محافظت از دستگاه های داخلی در برابر نوسانات ESD هستند.
مدار جانبی
اولین مورد، مدار ریست است. این یک تقسیم کننده ولتاژ ساده برای تنظیم مجدد است که دارای خروجی ولتاژ 4 ولت است. مورد وسط نشانگر GANG است. هنگامی که 4 USB فعال است، این نشانگر روشن می شود. آخرین مورد، نوسان ساز کریستالی 12 مگاهرتزی است که توسط GL850G استفاده می شود.
تامین نیروی خارجی و منطق
در مدار فوق، یک ماسفت با استفاده از کانکتور Battery Logic کنترل می شود. در شرایط عادی، ماسفت خاموش می شود، اما وقتی کسی یک کانکتور را وارد می کند، سوئیچ کانکتور DC قطع می شود و برق 5 ولت از طریق ماسفت به ریل منبع تغذیه متصل می شود.
ساخت PCB برای هاب USB
PCB هاب یو اس بی به درستی با ترمینال های جفت دیفرانسیل مناسب طراحی شده است. مسیر های مهم در زیر نشان داده شده است که در آن طول جفت دیفرانسیل USB مطابقت دارد. اگر در مسیریابی دیفرانسیل در طراحی PCB تازه کار هستید.
بخش زیر USB ورودی است.
این پورت USB 1 است.
این پورت USB 2 است.
این پورت USB 3 است.
این پورت USB 4 است.
این تصویر کل PCB است.
این تصویر PCB در حالت سه بعدی مونتاژ شده است.
مونتاژ PCB
پس از سفارش ساخت PCB، آن را دریافت کردم. لایه بالایی و لایه پایینی برد در زیر نشان داده شده است:
پس از اطمینان از صحت ترک ها و فوت پرینت ها. من کار مونتاژ PCB را ادامه دادم. برد کاملاً لحیم کاری شده مانند شکل زیر است:
ساخت فریم سه بعدی برای هاب USB
پس از مونتاژ PCB و اطمینان از اینکه همه چیز خوب است، یک پوشش برای PCB طراحی کردم.
بعد از اینکه از طرح راضی شدم، آن را به صورت فایل STL اکسپورت کردم و بر اساس تنظیمات چاپگر آن را برش دادم و در نهایت آن را چاپ کردم. پس از اتمام چاپ، من به مونتاژ پروژه در یک محفظه دائمی برای استفاده در آینده ادامه دادم و همانطور که در زیر می بینید همه چیز به خوبی مناسب بود:
پس از مونتاژ PCB و ثابت کردن PCB در یک محفظه پرینت سه بعدی، آن را به یکی از درگاه های USB لپ تاپ خود وصل کردم و سپس 4 دستگاه USB را به پورت USB آن وصل کردم. هر چهار دستگاه متصل به این هاب USB به طور یکپارچه کار می کردند.
