Перейти к содержанию

VBUS

VBUS — первый контакт любого разъёма USB, провод с напряжением 5 В от хоста или зарядки. По нему устройство получает питание, а прошивка узнаёт, что кабель вставлен. Спецификация нормирует не только напряжение, но и то, какую ёмкость устройство может повесить на эту линию.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

VBUS — линия питания в кабеле и разъёме USB: контакт 1 у разъёмов USB 2.0 и четыре контакта A4, A9, B4, B9 у Type-C. Хост, хаб или зарядка выдают на неё номинальные 5 В, устройство с питанием от шины берёт с неё энергию. Сколько тока можно взять и как устройство об этом договаривается, описано в термине питание от шины USB; здесь — про само напряжение и линию.

Напряжение

По разд. 7.2.2 спецификации USB 2.0:

ГдеНапряжение
Порт с полным питанием (хост, хаб с собственным питанием)4,75–5,25 В, по ECN VBUS Max Limit — до 5,50 В
Маломощный порт (хаб с питанием от шины)4,4–5,25 В, по ECN VBUS Max Limit — до 5,50 В
Устройство должно выдавать дескрипторыот 4,40 В на своём конце кабеля
Устройство с нагрузкой больше 100 мА должно работатьот 4,75 В
Падение на кабеледо 125 мВ по VBUS и столько же по GND

Поправку VBUS Max Limit ввели вслед за Type-C: кабели на 3 А теряют больше напряжения, и источникам разрешили поднимать VBUS до 5,5 В. Новым устройствам поэтому нужно выбирать компоненты на входе с расчётом на 5,5 В. О повышенных напряжениях после договорённости — в статье USB Power Delivery.

Ёмкость и бросок тока

Когда устройство вставляют в порт, его входная ёмкость заряжается от VBUS, и напряжение на порту проседает — вместе с соседними портами того же хаба. По разд. 7.2.4.1 просадка не должна превышать 330 мВ, поэтому устройство должно выглядеть для порта не тяжелее, чем 10 мкФ параллельно 44 Ом. Если по схеме нужна ёмкость больше — например, на входе преобразователя, — её подключают через ограничитель пускового тока. Поправка Device Capacitance добавила и нижнюю границу: на VBUS устройства должно быть от 1 до 10 мкФ, чтобы хост OTG мог обнаружить подключение по изменению ёмкости. Хаб, со своей стороны, держит на нисходящих портах не меньше 120 мкФ с малым ESR.

Контакты VBUS и GND в разъёме длиннее сигнальных: при подключении питание и земля соединяются раньше линий данных (разд. 7.2.4.1).

Контроль VBUS в микроконтроллере

Устройству с собственным питанием нужно знать, вставлен ли кабель: без VBUS оно не должно включать подтяжку D+. Для этого VBUS заводят на вход микроконтроллера через делитель или на специальный вывод. У STM32F4 контроллер OTG_FS по RM0090 имеет компараторы VBUS: на входе PA9 он отслеживает пороги сеанса и в роли устройства сам подключает подтяжку D+, когда напряжение достигло уровня B-session valid; в роли хоста падение VBUS ниже порога VBUS valid 4,25 В вызывает прерывание. Если вывод нужен под другое, контроль отключают битом NOVBUSSENS, и VBUS считается всегда в норме.

Безопасность: обратное питание

Спецификация (разд. 7.2.1) запрещает устройству отдавать ток в VBUS своего восходящего порта. Если плата питается и от USB, и от внешнего блока, без развязки внешние 5 В попадут в порт компьютера, у которого свой источник; это может вывести из строя порт. Источники разделяют диодом или схемой идеального диода, а VBUS со стороны компьютера используют только как сигнал присутствия. Хосты и хабы с собственным питанием обязаны иметь самовосстанавливающуюся защиту от перегрузки с порогом не выше 5 А (разд. 7.2.1.2.1). Распиновка разъёмов — на странице распиновки USB.

Частые вопросы

Какое напряжение на VBUS допустимо?

Исходный текст USB 2.0 требует от порта с полным питанием 4,75–5,25 В, от маломощного — 4,4–5,25 В. Поправка VBUS Max Limit подняла верхний предел для обоих до 5,50 В, чтобы согласовать USB 2.0 с Type-C. На входе устройства после падения на кабеле и разъёмах может остаться меньше: устройство должно перечисляться при 4,40 В и работать на полной мощности при 4,75 В.

Почему на VBUS нельзя ставить большой конденсатор?

В момент подключения разряженный конденсатор забирает от порта бросок тока и просаживает его напряжение — а от того же источника питаются соседние порты хаба. Спецификация ограничивает просадку 330 мВ и разрешает устройству выглядеть не тяжелее, чем 10 мкФ параллельно 44 Ом. Если нужна ёмкость больше, ставят ограничитель броска тока; по поправке Device Capacitance ёмкость на VBUS — от 1 до 10 мкФ.

Можно ли подать питание на VBUS от своего блока питания?

На разъём устройства, который смотрит в сторону компьютера, — нет. Спецификация запрещает устройству отдавать ток в VBUS восходящего порта: напряжение уйдёт в порт хоста, у которого свой источник 5 В. Если плату питают и от USB, и от внешнего источника, их разделяют диодом или идеальным диодом, а наличие VBUS только измеряют.

Источники

  1. USB Implementers Forum. Universal Serial Bus Specification, Revision 2.0 (April 27, 2000) — табл. 6-1: контакт 1 разъёмов Series A и B — VBUS, провод красный; разд. 7.2.1: ни одно устройство не должно отдавать ток в VBUS своего восходящего порта, только потреблять; без VBUS нельзя питать подтяжку D+/D−, после снятия VBUS её питание снимают не позже чем через 10 с; разд. 7.2.1.2.1: защита от перегрузки у хоста и хабов с собственным питанием, порог не больше 5,0 А, самовосстанавливающаяся (PTC или электронный ключ); разд. 7.2.2: порты с полным питанием 4,75–5,25 В, маломощные 4,4–5,25 В; падение на кабеле до 125 мВ по VBUS и столько же по GND; конфигурационные данные устройство должно выдавать при 4,40 В на своём конце кабеля, при нагрузке больше одной единицы — работать от 4,75 В; разд. 7.2.4.1: на конце кабеля допускается нагрузка не больше 10 мкФ параллельно 44 Ом, больше — только с ограничением броска тока; просадка VBUS хаба не больше 330 мВ; хаб ставит на нисходящих портах не меньше 120 мкФ с малым ESR; контакты питания в разъёме длиннее сигнальных
  2. USB-IF. USB Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.5, March 2026 — табл. 3-10 (разводка кабеля Type-C): контакты A4, B4, A9, B9 — VBUS
  3. USB Implementers Forum. Engineering Change Notice «USB 2.0 VBUS Max Limit» — верхний предел VBUS со стороны источника поднят с 5,25 до 5,50 В для согласования со спецификацией Type-C; новым устройствам нужно учитывать 5,5 В при выборе компонентов; стойкость трансивера к замыканию D+/D− на VBUS — при 5,50 В
  4. USB Implementers Forum. Engineering Change Notice «Device Capacitance» to USB 2.0 — устройство обязано иметь на выводе VBUS разъёма ёмкость CRPB во всём диапазоне 0–5,25 В, включено оно или нет; табл. 7-7: CRPB от 1,0 до 10,0 мкФ; цель — чтобы хосты OTG могли обнаружить подключение по изменению ёмкости при выключенном VBUS
  5. STMicroelectronics. RM0090 Reference manual STM32F405/415, F407/417, F427/437, F429/439, Rev 21 (June 2024) — разд. 34.3.3: компараторы VBUS с гистерезисом для VBUS valid и A-/B-session valid; разд. 34.5: для устройства с питанием от шины нужен внешний стабилизатор VDD от VBUS; бит NOVBUSSENS в OTG_FS_GCCFG отключает контроль VBUS, вывод освобождается, VBUS считается всегда в норме; разд. 34.5.1: при B-session valid устройство входит в состояние Powered и подключает подтяжку DP; разд. 34.6.1: порог VBUS valid — 4,25 В, вход контроля VBUS — PA9

Нашли ошибку?

Смотрите также