Спецификация USB 2.0 требует, чтобы провода питания в USB-кабелей имели сечение по меди от 0,08 до 0,52 мм2. Однако многие изготовители USB-кабелей с целью их удешевления предпочитают закладывать в них провода минимального сечения. По этой причине подключать устройства, которые не имеют собственного источника питания, но потребляют от разъёма USB значительный ток, приходится кабелями небольшой длины, падение напряжения питания на которых не превышает допустимого. Например, внешние 2,5-дюймовые накопители на жёстких дисках отказываются работать при длине USB-кабеля более 80 см. Чтобы получить больше свободы в размещении периферийных устройств, можно изготовить самодельный USB-кабель со значительно меньшими потерями напряжения питания.
На рис. 1 показана схема самодельного USB-кабеля. Все детали, кроме разъёмов ХР1 и XS1, не обязательны — они лишь обеспечивают удобство использования и надёжность кабеля. К USB-розетке ведущего устройства (например, компьютера) подключают вилку ХР1. Информационный поток проходит в обе стороны по линиям D+ и D- без каких-либо преобразований.
Рис. 1
Напряжение питания +5 В поступает от ведущего устройства к ведомым по интерфейсной линии Vbus через самовосстанавливающийся предохранитель FU1. Но если выключатель SA1 разомкнут, напряжение питания на ведомое устройство не подаётся. При этом транзистор VT1 закрыт, VT2 открыт, светодиоды HL2, HL3 белого света свечения включены. Возможность ручного отключения питания подключённого к розетке XS1 устройства значительно повышает удобство его эксплуатации. А описываемое устройство при разомкнутом выключателе SA1 можно применять, например, для подсветки клавиатуры.
При замкнутом выключателе SA1 на ведомое устройство поступает напряжение питания. Транзистор VT1 открыт, VT2 закрыт, светодиоды HL2 и HL3 выключены, a HL1 включён, сигнализируя о питании подключённого к розетке XS1 устройства. Стабилитрон VD1 уменьшает вероятность повреждения этого устройства при неисправности источника питания. Он же вместе с диодами VD2—VD5 ограничивает возможные всплески напряжения на линиях D+ и D-.
Резисторы R2, R3 нужны не только для работы узла на транзисторе VT1. Они препятствуют накоплению заряда на линиях D+, D-, Vbus относительно линии GND. Конденсаторы С1—С3 — блокировочные. Они улучшают стабильность работы подключаемых устройств, а также дополнительно понижают вероятность повреждений USB- портов используемого оборудования.
Собственно кабель — трёхпроводный экранированный внешним диаметром 7 мм и с сечением каждого провода около 0,5 мм2 (рис. 2). Его тип автору неизвестен, но обычно такой кабель используют для соединений с датчиками и видеокамерами в системах охранной сигнализации и видеонаблюдения. В рассматриваемом случае экранирующая оплётка используется как провод GND, синий провод — Vbus, чёрный — D+, белый — D-. Длина кабеля — 3,5 м, ёмкость каждого провода относительно оплётки — около 460 пФ. Концы кабеля следует герметизировать резиновым клеем или клеем БФ.
Рис. 2
При токе 0,5 А падение напряжения питания на этом кабеле не превысило 0,34 В. Для сравнения, падение напряжения на USB-кабеле промышленного изготовления длиной 3 м при том же токе — 0,95 В. Ни один из имеющихся у автора двух внешних 2,5-дюймовых накопителей на жёстких дисках с таким промышленным кабелем работать не стал. С самодельным кабелем, дополненным коротким (46 см) кабелем с разъёмами USB и miniUSB, оба накопителя работали без нареканий. При последовательном соединении двух самодельных USB-кабелей общей длиной 7 м оба накопителя сохранили работоспособность. Однако два из четырёх использованных в испытаниях компьютеров переводили USB-порт, к которому был подключён накопитель, из режима USB 2.0 в более медленный режим USB 1.1.
Рис. 3
Большинство деталей устройства размещены на печатной плате размерами 30×20 мм, показанной на рис. 3. Резисторы R5, R6 припаяны непосредственно к выводам соответствующих светодиодов. Все конденсаторы — многослойные керамические на номинальное напряжение не ниже 6 В. Диоды PMLL4446 можно заменить на любые из PMLL4150, PMLL4151, PMLL4153, PMLL4148, PMLL4448, 1N4148, 1SS244, КД503А. Вместо стабилитрона 1SMB5919BT3 можно установить 1N5339. Вместо светодиодов белого свечения RL30-WH744D, силой света 5 кд, можно установить, например, ARL-5113UWC-17CD, ARL-5213UWC-17CD-NS, ARL-5213UWC-17cd-BS, ARL-5213UWC20cd-BS, ARL-5213UWC-20cd-NS, ARL-5213UWC-25cd, ARL-5213UWC-35cd. Светодиод RL310-DR344S можно заменить любым общего применения, например, из серий L-63, КИПД66.
Транзистор ВСР54-16 можно заменить любым из серий ВСР54, ВСР55, ВСР56, ВСР68, SS8050, КТ6114, КТ698. Вместо транзистора ВС547 подойдёт любой из SS9013, SS9014, 2SC3199, КТ3129А, КТ3130А, КТ6111А. Указанные в вариантах возможных замен транзисторы имеют различия в типах корпусов и назначении выводов.
Самовосстанавливающийся предохранитель в исполнении для поверхностного монтажа найден на ненужной компьютерной системной плате. Можно применить аналогичные предохранители MF-R160, MF-S175, LP30-160. Выключатель SA1 применён рокерный KCD-2011. Подойдёт и другой подобный. Устройство собрано в корпусе телефонной розетки размерами 58x42x23 мм (рис. 4). Розетка USB, выключатель и светодиоды приклеены к корпусу растворённым в ацетоне полистиролом.
Рис. 4
USB-кабель большой длины с малым сопротивлением проводов питания позволяет не только устанавливать периферийные устройства в удобном и недоступном для детей месте, но и, например, легко размещать устройства радиосвязи, WEB-камеры за пределами помещения, если уровень сигнала внутри него слаб или требуется видеонаблюдение за гуляющими детьми или охраняемыми объектами.
Автор: А. БУТОВ, с. Курба Ярославской обл.
Источник: Радио №10, 2016