Самодельный кабель USB 2.0 большой длины

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 V_bus 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-, V_bus 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 — V_bus, 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