Подборка Технические заметки

Антенна CobWeb Aerial M0PZT

Просматривая периодически отчеты о DX-экспедициях, в особенности, касающиеся путешествий на острова, необходимо отметить, что одной из наиболее популярных и  дешевых конструкций многодиапазонной антенны является полноразмерный диполь с оргинальной укладкой плечей. Данный тип антенны называется CobWeb Aerial. Идея этой антенны не нова и может применяться начинающими радиолюбителями, поскольку не требует серьезных затрат и специального оборудования для настройки.

IMG-20160503-WA0034

Данная конструкция удачна тем что имеет малые габариты при ПОЛНОМ размере диполя для диапазонов 20m, 17m, 15m, 12m, 10m. В этой статье представлено краткое описание конструкции данной антенны, которая может быть полезна в городских условиях при своих малых размерах.

Конструктивно антенна является всенаправленной и поэтому необходимость в поворотном устройстве отсутствует. Большая часть информации была взята на веб-странице CobWeb G3TXQ. Антенна прекрасно работает в самых активных HF-диапазонах (20-10 м) без необходимости использования антенного тюнера.  Оригинальный G3TPW был разработан Стивом Уэббом, отсюда и название  «CobWeb».

CobWeb имеет следующие возможности:

Рабочие диапазоны: 20 м, 17 м, 15 м, 12 м, 10 м
Компактный и простой в обращении — периметр квадрата до 8 футов (2,4 м)
Не требует высокого подъема над плоскостью земли — разумная производительность при 10 футах (3м), при этом 20 футов (6м) являются идеальным
Изготавливается из медного многожильного провода для подключения аккустических систем, либо из моножильного провода, и с балуном 1: 4 (для согласования импеданса)
Каркас несущей конструкции может быть изготовлен с помощью труб из ПВХ или стекловолокна
Возможность использования как мобильной портативной антенны при изготовлении специального штатива для установки.

Детали для изготовления:

1.     Алюминиевая пластина: 200×100 мм (горизонтальное основание)
2.     Алюминиевая пластина: 150×100 мм (вертикальное основание)
3.     3 x 1дюймовых алюминиевых трубки, длиной около 1 м (бум и крепление крестовины)
Может использовать стекловолокно повсюду, если толщина стенки достаточна
4.     2 x 20-миллиметровый ПВХ-труба, длина около 3 м — отлично подходит для конструктива, но лучше применять трубы из стекловолокна.
5.     8 x 1 дюймовых зажимающих скоб (для крепления алюминиевых трубок к основаниям конструкции)
6.     2 x V-образных болта (крепление конструкции к мачте)
7.     Провод (тросик) медный многожильный диаметр 1,6 мм (или подобное) — общая длина около 40 м.
8.     2 x FT140-61 Ферритовые кольца
9.     4 отрезка коаксиального кабеля длиной 600 мм типа RG316  для 100w или подобный
10.   Пластиковый (ABS) корпус  размером 125x85x55 мм
11.     Набор гаек / болтов из нержавеющей стали!

На фото представлены отдельные узлы конструктива антенны:

Схема сборки центрального узла для крепления конструкции.

http://www.m0pzt.com/cobwebb_shack.jpg

Центральный узел крепления в сборе.

http://www.m0pzt.com/cobwebb_low.jpg

Закрепление центрального узла на монтажной опоре для дальнейшей сборки.

http://www.m0pzt.com/cobwebb_plan.png

Схема сборки диполей на крестовине антенны.

http://www.m0pzt.com/cobwebb_wire.jpg

Заделка дипольного провода в крестовине.

http://www.m0pzt.com/cobwebb_balun.jpg

Изготовление балунов до 100Вт. на одном и двух ферритовых кольцах.

CobWeb Balun Box ready for soldering

Конструктив корпуса для устройства согласования и размещения его на буме антенны. Все элементы крепежа, проходящие через сквозные отверстия корпуса обязательно монтируются на силикон. Для сохранения корпуса от влаги или конденсата, рекомендуется внутрь уложить селикогель.

http://www.m0pzt.com/cobwebb_mfj.jpg

Набор измерений КСВ и сопротивления собранной антенны на рабочих диапазонах.

Фотографии и техническая информация по конструктиву этой антенной конструкции взяты с сайта www.m0pzt.com

Новое поколение 8-разрядных микроконтроллеров

Microchip выпускает новое поколение 8-разрядных микроконтроллеров AVR с независимой от ядра периферией

  Новая серия микроконтроллеров с богатым набором возможностей, поддерживаемая веб-платформой START, выпускается с флеш-памятью объемом 4 КБ и 8 КБ

  Microchip Technology выпустила новое поколение 8-разрядных микроконтроллеров tinyAVR. Четыре новых устройства с числом выводов от 14 до 24 и объемом флеш-памяти от 4 КБ до 8 КБ стали первыми микроконтроллерами tinyAVR с независимой от ядра периферией (Core Independent Peripherals – CIP). Новые приборы будут поддерживаться веб-платформой Atmel START – инновационным онлайн инструментом для интуитивно понятного графического конфигурирования встраиваемых программных проектов.

   «Это событие имеет для Microchip очень большое значение, поскольку означает объединение под одной крышей 8-разрядных микроконтроллеров двух самых мощных брендов, – сказал Стив Санги (Steve Sanghi), генеральный директор и председатель правления компании Microchip Technology. – Потребителям нравятся как PIC, так и AVR, и Microchip вкладывает средства в разработку нового продукта, чтобы не только продолжать поддержку существующих приборов, но и расширять заслуживший высокую репутацию портфель AVR».

   Новые устройства ATtiny817/816/814/417 содержат полный набор функций, необходимых для разработки инновационных продуктов, включая компактные приборы с малым числом выводов, но с богатым набором возможностей, с объемом флеш-памяти 4КБ или 8 КБ. В перечень остальных функций и характеристик серии входят:

  • контроллер сенсорного интерфейса,
  • событийная система для координации взаимодействия периферии,
  • программируемые пользователем логические блоки,
  • самопрограммирование для обновления прошивок,
  • энергонезависимая память данных,
  • внутренний генератор 20 МГц,
  • высокоскоростной последовательный интерфейс USART,
  • диапазон напряжений питания от 1.8 В до 5.5 В,
  • 10-битный АЦП с внутренним источником опорного напряжения,
  • ток потребления в дежурном режиме менее 100 нА с сохранением содержимого ОЗУ.

   «Являясь поставщиком номер один на рынке 8-битных микроконтроллеров, предлагающим изделия с ядрами PIC, AVR и 8051, мы стремимся предоставить нашим клиентам больше продуктов, позволяющих им дифференцировать свои разработки, – сказал Стив Дрехобл (Steve Drehobl), вице-президент отделения 8-битных микроконтроллеров компании Microchip. – Благодаря добавлению инновационных возможностей, таких как независимая от ядра периферия, взаимосвязанные аналоговые блоки и интуитивно понятные графические средства поддержки, на протяжении определенного времени доступных в линейке PIC, теперь мы продолжаем помогать пользователям микроконтроллеров AVR в быстром выпуске на рынок самых современных продуктов».

  CIP дает периферийным устройствам, включая последовательные интерфейсы и аналоговые блоки, возможность работать независимо от ядра. В совокупности с использованием событийной системы, позволяющей периферии обмениваться данными без участия центрального процессора, приложения могут оптимизироваться на системном уровне. Это снижает потребление мощности, а также повышает производительность и надежность системы.

  В дополнение к выпуску четырех новых устройств, Microchip добавила их поддержку онлайн инструментом Atmel START для конфигурирования программных компонентов и настройки встраиваемых приложений. Этот бесплатный инструментарий обеспечивает оптимизацию общей структуры, позволяя пользователю сосредоточиться на специфических функциях его приложения.

Поддержка разработчиков

  Для ускорения исследования и разработки своего изделия пользователи могут за $8.88 приобрести новый набор Xplained Mini, совместимый также с экосистемой Arduino. Набор может использоваться для автономной разработки и полностью поддерживается инструментальными средствами создания программ Atmel START и Atmel Studio 7.

Цены и доступность

   8-битные микроконтроллеры tinyAVR нового поколения уже запущены в массовое производство в корпусах QFN и SOIC. Устройства выпускаются в версиях с 4 КБ и 8 КБ флеш-памяти. Цены для партий из 10,000 приборов начинаются от $0.43 за штуку. Для получения дополнительной информации обращайтесь к любым торговым представителям Microchip или к авторизованным дистрибьюторам компании в любой стране мира.

Гальваническая развязка для USB

      В различных разработках радиолюбителей или готовых изделиях бывает необходимо вести управление оборудованием через компьютер. В настоящее время все виды протоколов с малой скоростью — RS-232, LPT, IrPort заменил унивесальный протокол USB. Всего 4 провода и двусторонняя связь, а заодно и питание +5В —  можно использовать от каждого порта USB. На сегодняшний момент существует много преобразователей протоколов из USB  в практически любой другой тип. Остается вопрос электрической защиты портов компьютера от случайного замыкания в исполнительной схеме или (если схема питается отдельно от сети и управляет высокими напряжениями) защиты от потенциала на линии связи. Компания Analog Device предлагает компромис — конечно, микросхема ADuM4160  не сравнится в скорости с форматом USB 3.0, но при этом способна гальванически развязать порт USB при разности потенциалов устройств до 5 киловольт!!!! Общее описание и типовая схема включения находятся в даташите от производителя. ADuM4160.PDF

Распиновка USB

Сугубо ради быстрого информационного просмотра для себя и своих коллег. Просто очень часто надо смотреть на разъемы разных типов и сторон подключения — таким образом решил сделать себе и коллегам радиолюбителям напоминалку по USB различных видов на кабель и слоты.

USB


USB_brief

Разрешение и разрядность.

В современном модельном ряду представленно большое количество микросхем — аналового цифровых преобразователей (АЦП) от разных производителей. Чаще всего, начинающие радиолюбители и разработчики сталкиваются с элементарным вопросом — какой вид (тип) АЦП использовать в своей конструкции. Сколько будет достаточно для измерения и оцифровки сигнала — 8, 10, 12 или лучше сразу 16 разрядов. В этой заметки предполагается решить данную задачу простыми математическими расчетами.

Чаще всего понятие графического разрешения привязывают к размерности графического дисплея в пикселах. Но это только в том случае, если вывод информации ведется на дисплей!!! А если вывод планируется на принтер, то здесь вступает в силу разрешение в dpi — количество точек на дюйм (Для примера — лазерный принтер с разрешением 600dpi сможет разместить на листе формата А4 до 7000 отдельных точек). Тем, кому интересно рассмотреть полностью статью о разрешениях и параметрах растровых и векторальных отображений — рекомендуется посетить этот раздел в WIKI- Разрешение (компьютерная графика)  В нашем случае оговоримся заранее речь пойдет о специализированных и компьютерных графических дисплеях. Остановимся на наиболее популярным размерах матриц компьютеров — 1920×1080, 1600×900, 1366×768 пикселов. Графические дисплеи, применяемые в мобильных телефонах (они также популярны в радиолюбительских конструкциях) имеют широкую комбинацию размерности — 96х96, 128х128, 256х256 и прочие.

АЦП различного типа и алгоритма работы имеют разные скорости обработки сигналов — это параметр, который выводится на горизонтальное разрешение графического дисплея. Разрядность АЦП — вертикальное разрешение графического дисплея. Нетрудно подсчитать что для:

8 разрядов   2^8=256 точек для отображения максимальной амплитуды сигнала на дисплее;

10 разрядов 2^10=1024 точек для отображения максимальной амплитуды сигнала на дисплее;

12 разрядов 2^12=4096 точек для отображения максимальной амплитуды сигнала на дисплее;

16 разрядов 2^16=65536 точек для отображения максимальной амплитуды сигнала на дисплее.

Как видно, АЦП от 8-ми до 12-ти разрядов могут обеспечить разрешение и оцифровку графического сигнала для большинства задач. Таким образом, при выборе устройства индикации, необходимо четко представлять разумную достаточность оцифровываемой и выводимой графической информации. Кроме того, следует помнить, что применение высокоразрядных АЦП в первую очередь в прицезионных измерительных системах, требует использование специализированных источников опорного напряжения (ИОН), малошумящих цепей и входных каскадов согласования для подводимого к АЦП оцифровываемого сигнала, поскольку диапазон входных напряжений у этих микросхем весьма невелик и составляет предел от 0 до 1 или 2В максимум. В промышленности и науке широко применяются 16-, 24 и даже более разрядные устройства. Поэтому  эксплуатация таких АЦП требует высочайшей точности при калибровке всего измерительного комплекса — от датчиков и цепей подключения до устройств индикации и вывода на печать.

Учитывая все выше приведенное — малые графические дисплеи (128х128, 256х256) могут с достаточной информативностью отображать данные 8-и разрядного АЦП. При организации графического интерфейса на компьютере с помощью отдельного программного обеспечения, путем подключения устройства через комуникационный порт, следует обратить внимание, что выводить информацию на полный размер экрана не всегда удобно, если учесть что на форме кроме отображения сигнала должен присутствовать виртуальный минимальный кнопочный интерфейс для управления данного устройства. Не следует так же забывать и о том, что если устройство и софт выполняется с целью повторения, то надо принять во внимание и то что он может запускаться и на нетбуке с минимальным размером матрицы, и на ноутбуке и на стационарном компьютере с разными типами мониторов.

Пример возможного интерфейса на мониторе компьютера.

Высокоскоростной АЦП AD9280

   Недавно пришлось иметь дело с этой микросхемой AD9280 — собирать быстрый АЦП с паралелльным выходом. Предварительно, как обычно, пролистав великие просторы гугловского интернета, успел отметить — схем, в которых применяется данная микросхема достаточно много, как и вопросов по ней, а вот удобно читаемого описания работы (во всяком случае на русском языке) практически нигде нет. Единственным источником является стандартный даташит от производителя — Analog Device AD9280.

Чем удобен данный чип?? — Одним из достоинств является удобная интеграция выводов (если смотреть на корпус микросхемы сверху — все левые выводы цифровые, а все правые — аналоговые) Соединение аналоговой и цифровой «земли» обязательно проводится под корпусом микросхемы (обязательное замечание из даташита). Расположение выводов питания по цифровым и аналоговым цепям также упрощает топологию разводки платы — так как присутствуют рядом с выводами соотвествующих «земель». Скорость работы определяется тактовыми импульсами (подаются на отдельный вход) и достигает 32МPSа. Здесь предлагается перевод оригинального даташита Analog Device AD9280 на русский язык в стиле как есть (то есть переведены самые необходимые абзацы с описанием работы чипа без литературной обработки).

Из практики работы с микросхемой — необходимо выполнить несколько условий. Микросхема выдает код сигнала на каждом 4 тактовом импульсе — соответственно тактировать ее для необходимой скорости надо на соотвествующей частоте!!! Для исключения сбоев в оцифровке имеется вывод переполнения по уровню — для уточнения полученного кода. Диапазон работы зависит от конфигурации внутреннего/внешнего опорного источника напряжения — и может быть настроен на предел 0 — 1В, 0 — 2В, среднюю точку в пределе 0 — 1В, 0 — 2В. Кроме ограничения входного сигнала желательна также развязка через буфер по входу (поскольку коммутаторы АЦП делают в процессе обработки замыкание по входу на низкоомную нагрузку). Сам АПЦ очень просто подключается напрямую к микроконтроллерам разных серий (я использовал AVR серии ATMega) и имеет уровни совместимые с ттл и кмоп при питающих напряжениях от 3,3В до 5В. Входную цепь можно выполнить как для однополярного сигнала, так и дифференциальным входом.

Шестидиапазонный HF Windom

April, 1997 Corrected September, 2000

Эта  антенна была разработана в конце 70-х и в начале 80-х, чтобы охватить 80, 40, 20 15, и 10 метровые диапазоны. Она также охватывает 17 и 12 метровые диапазоны. Предистория — как  антенна была разработана…

Это началось с классического, запитанного в центре, полуволнового диполя. Эта антенна также работает довольно хорошо на всех нечетных гармониках, потому что центр антенны имеет текущий максимум, также, как полуволновая антенна. Но на четной гармонике центр антенны имеет текущий минимум…

 ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ…

Тюнеры – согласуем от гвоздя…

Во всём мире фирма MFJ известна множеством дополнительных аксессуаров для радиолюбителей, помогающих упростить жизнь обычному, а в особенности начинающему радиолюбителю — коротковолновику. Вспомните, как в юности, многие из нас выбрасывали проволочки в окно, или развешивали по чердаку, в попытке услышать корреспондента. А сколько времени по началу, многие проводили на крыше дома в попытке правильно настроить антенны? И ни кто не знал раньше, что есть такие замечательные устройства как ручной или автоматический тюнер. Переключатели антенн лепили чуть ли не на самодельных галетах. Многие радиолюбители до сих пор лезут за стол отодвигать трансивер, что бы поменять кабели от разных антенн. А ведь есть простое устройство – антенный коммутатор с нормированными параметрами, позволяющие лёгким движением руки переключить выход трансивера с треугольника 80-метрового диапазона на вертикальную антенну 20-ки или 10-ки… А про элементы грозозащиты слышали…? В этой статье мы рассмотрим ручные и автоматические тюнеры под маркой MFJ, Ameritron и Vectrоnics.

Читать далее…

Что такое Arduino?

Arduino является самой популярной на сегодняшний день платформой для  разработки устройств на микроконтроллерах. Миллионы технарей во всем мире — программистов и «железячников» — начинают разрабатывать микроконтроллерные устройства с помощью плат Ардуино. Если вы новичок в программировании микроконтроллеров — то Ардуино это платформа, на которую вы в первую очередь должны обратить внимание. Почему это так? Все очень просто. По своей сути Ардуино — это универсальный экспериментальный конструктор.

Для этого вам понадобится только:

Ардуино-совемстимая плата,

— компьютер на базе Windows, Mac или Linux,

бесплатная среда разработки с примерами кода.

ЗАЧЕМ НУЖЕН АРДУИНО?

На популярность и распространенность платформы Ардуино повлияли такие особенности, как:

— полностью открытый код и аппартаная часть;

— огромная база знаний, формируемая коммьюнити — примеры кода, библиотеки, устройства и прошивки для них;

— недорогие отладочные платы, существующие в различных форм-факторах, как общего назначения, так и заточенные под конкретное применение;

— неограниченные возможности подключения периферийных устройств;

— возможность макетирования устройств на платах Ардуино, с последующей реализацией их в промышленном формате.

Ардуино, это прежде всего возможность быстрой и нетрудоемкой разработки микроконтроллерных автономных устройств и систем, устройств связи с компьютером(отображения передаваемой информациина компьютер), система дистанционного управления объектов посредством разновидности каналов связи (радиоканал, оптика и тд.).

 

КАК СДЕЛАТЬ УСТРОЙСТВО НА АРДУИНО?

Для программирования Ардуино используется простой в освоении основанный на С язык Wiring. Для разарботки и отладки кода —  открытая среда программирования Arduino IDE.

Среда «из коробки» уже  содержит большое количество встроенных библиотек  и примеров работы с ними, остальные библиотеки вы сможете найти в сообществе.

Вот только некоторые из периферийных устройств, для которых уже есть встроенные или сторонние библиотеки:

- символьные и графические дисплеи, индикаторы, динамики;

- сервоприводы;

- шаговые двигатели;

- SD-карты, платы памяти;

- интерфейсы UART, SPI, I2C, 1Wire;

— различные датчики: гироскопы, аккселерометры, барометры, электронные компасы, термометры, датчики освещенности и звука.

Программирование Ардуино заключается в подключении библиотек для ваших устройств и создании управляющей программы к ним. Чтобы  сделать собственное устройство на Ардуино понадобится 3 шага:

1. Подключить периферийные устройства к плате Ардуино

2. Создать проект в среде Arduino IDE и подключить нужные библиотеки

3. Написать и отладить на вашей плате Arduino управляющую программу.

КТО ПОМОЖЕТ РАЗОБРАТЬСЯ, ЕСЛИ ВОЗНИКНУТ ВОПРОСЫ ПО АРДУИНО?

Ссылки на информацию, проекты, редакторы кода и готовые конструкции Ардуино обитает на след. сайтах:

Arduino.ru

- Официальный сайт проекта (eng) —  arduino.cc

- Поиск через Google….

ЧТО Я СМОГУ СДЕЛАТЬ НА АРДУИНО?

Когда вы подключите свою первую Ардуино-совместимую плату к компьютеру, мы предлагаем вам запустить простые примеры, своеобразные аналоги «Hello, world!» для микроконтроллеров:

1. Скачать и установить среду Arduino IDE

2. Запустить примеры кода из меню Arduino IDE

На этом фото представлен узел ультразвукового локатора определения дальности до объекта, размещенном на сервоприводе (с усилием 9грамм) с углом сканирования 180 градусов, а также плата UNO R3 с подключенной периферией для управления  сервоприводом и обработки данных локатора и системы управления передней подвеской автомобиля — робота.

Что есть из комплектов Ардуино в Черкассах — смотреть ЗДЕСЬ.

Driver USB в UART (RS-232)

В современных моделях компьютеров и ноутбуков уже практически не встречаются разъемы последовательных портов COM и принтерного порта LPT. Стандарт USB давно вытеснил эти медленные виды протоколов. Но, несмотря на это, многие периферийные устройства продолжают использовать протокол RS-232. Для сопряжения двух стандартов протоколов появились микросхемы — конверторы. Пример самых распространенных есть FTDI (Future Technology Devices International Ltd USB to Dual Serial UART/FIFO IC), версия FT232D — один канал USB в RS-232(TTL); FT2232D — USB в 2 канала RS-232(TTL); FT4232D — 4 канала. (последняя применяется в модуле RIGEXPERT). Кроме того, недавно, после введения в массовое пользование проекта ARDUINO, все чаще стала встречаться еще одна микросхема — CH340G. Это так же конвертер USB в RS-232(TTL).

В связи с популярностью этих конверторов, возникла потребность в драйверах на эти микросхемы. Приведенные ссылки позволяют скачать драйвер с этого и оригинального сайта. Драйверы проверены на различных конфигурациях компьютеров до версии Windows 7 (версии 8 и 10 не проверялись!!) Установка проводится от имени администратора и при подключении устройства на порт USB в диспетчере устройств появляется один или несколько портов COM.

Драйверы для различных операционных систем для FTDI микросхем

Драйвер для микросхемы FT232RL (для Windows 7)

Драйвер микросхемы CH340G для Windows

Драйвер микросхемы CH340G для Linux

Драйвер микросхемы CH340G для MacOS


PDF файл для микросхемы CH340G

 

USB хаб — с чем его едят….

Описание опубликовано в журнале «Радио» № 11 за 2014 г.,

стр. 28…31 Как выбрать или изготовить USB-хаб.

В настоящее время для подключения периферийных устройств к компьютеру чаще всего используется интерфейс USB. Рано или поздно пользователь обнаруживает, что все порты компьютера заняты мышкой, клавиатурой, WEB камерой и т.п. и вновь приобретенный принтер, TV тюнер, USB осциллограф или что-либо еще подключить некуда. Куда же подключать обещанные в USB спецификации 127 устройств? Для того, чтобы к одному USB порту компьютера можно было подключать более одного устройства, применяются хабы (HUB), называемые также концентраторами. Хаб преобразует один восходящий порт (upstream port) в несколько нисходящих портов (downstream ports). Архитектура USB допускает последовательное соединение до 5 хабов. В магазинах, торгующих компьютерной периферией выбор хабов достаточно велик, на любой вкус, цвет и кошелек. Казалось бы, выбирай любой, наиболее симпатичного дизайна с нужным количеством портов и за минимальную цену. Ведь неискушенный пользователь часто представляет себе хаб чем-то вроде устройства для подключения двух телевизоров к одной антенне — пара резисторов и конденсаторов.

Однако, на практике все гораздо сложнее. Приобретены два USB концентратора, один для цифрового интерфейса к трансиверу и второй для подключения внешнего жесткого диска к стационарному ПК. USB HUB - NoName USB HUB - DNS Первый концентратор на 4 порта с логотипом «DNS» был приобретен в розничном магазине, второй — на 7 портов от производителя «No Name» в зарубежном интернет магазине.

Эксперименты в лабораторных условиях показали, что оба экземпляра без проблем работают с мышкой, клавиатурой, конвертером USB-COM и USB звуковой картой. Однако с внешним жестким диском и флэшкой работает только хаб под маркой DNS. При подключении флэшки или жесткого диска к безымянному хабу компьютер выдавал сообщение «USB устройство не определено».

Дополнительные эксперименты с цифровым интерфейсом трансивера показали, что первый хаб (DNS) здесь также работает без проблем, а вот второй (безымянный) вызывает зависание компьютера при каждом включении передатчика. И дело тут не в согласовании антенны с трансивером, т.к. при непосредственном, без концентратора, подключении конвертера USB-COM и внешней звуковой карты к компьютеру все работало без проблем.

Такая ситуация меня заинтересовала и я решил выяснить, чем же отличаются эти два USB концентратора. Почему один полностью выполняет свои функции, а второй в принципе работает, но не всегда и не со всеми устройствами.

Каково же было удивление, когда после вскрытия корпусов оказалось, что оба хаба собраны на одной и той же элементной базе и по абсолютно одинаковым схемам! Только в 7-и портовом концентраторе были установлены два контроллера последовательно. Замечу сразу, что после эксперимента с отключением второго контроллера ситуация не изменилась.

Чтобы понять причину, пришлось ознакомиться с основами теории шины USB. Первая спецификация USB 1.0 была опубликована в начале 1996 г., а осенью 1998 г. появилась спецификация 1.1 исправляющая проблемы, обнаруженные в первой редакции. Спецификация USB 1.1 определяет два режима передачи данных: низкоскоростной LS (Low-speed) — 1,5 Мбит/сек и полноскоростной FS (Full-speed) — 12 Мбит/сек. Весной 2000 г. была опубликована версия USB 2.0 в которой предусматривалось 40-кратное повышение пропускной способности шины. В дополнение к двум скоростным режимам, предусмотренным спецификацией 1.1, был введен третий — высокоскоростной HS (High-speed) — 480 Мбит/сек. С логотипом «USB 2.0» связан один тонкий момент. Пропускная способность этого интерфейса, как указано выше, 480 Мбит/сек, однако в спецификации заложена возможность функционирования устройств в режимах LS и FS. Таким образом, реальную пропускную способность 480 Мбит/сек могут обеспечить только устройства, способные работать в режиме HS.

Разработчики USB рекомендуют использовать логотип «USB 2.0″ только для HS-устройств, но в маркетинге свои законы и многие производители используют этот логотип и для FS-устройств, являющихся, по сути, устройствами USB 1.1. Надпись на упаковке «USB 2.0″ еще ни о чем не говорит. Реальные USB 2.0 устройства имеют маркировку «USB 2.0 HI-SPEED|» и явное указание на поддержку скорости шины 480 Мбит/сек.

USB HUB - монтаж

480 Мбит/сек это меандр с частотой 480 МГц. Для любого, мало-мальски сведущего в радиотехнике специалиста понятно, что для неискаженной передачи прямоугольных импульсов с такой высокой частотой при разработке топологии печатной платы необходимо жестко соблюдать требования по согласованию волнового сопротивления линий передачи.

Волновое сопротивление дифференциальных сигнальных линий от контроллера к разъему на плате должно быть 90 Ом +/-10%. Линии должны проходить симметрично, на расстоянии не менее 5-и кратного промежутка между ними от других сигнальных линий. Под ними на всем протяжении должен быть сплошной слой фольги — общий провод. Участки, на которых эти требования невыполнимы (например, точки подключения к контроллеру) должны иметь минимальную длину.

Ну, и конечно, нужно соблюдать обычные требования к монтажу ВЧ цепей — все проводники должны иметь минимальную длину, блокировочные конденсаторы располагаться как можно ближе к соответствующим выводам контроллера и т.п.

При взгляде на фотографии печатной платы хабов видно, что при монтаже хаба под маркой DNS эти требования более или менее соблюдались.


USB HUB - DNS bottom USB HUB - DNS top

Производители же NO NAME хаба использовали одностороннюю печатную плату, поэтому волновое сопротивление линий сильно отличается от стандартных 90 Ом и имеется высокая чувствительность к электромагнитным помехам

USB HUB - NoName bottom USB HUB - NoName top

В обоих хабах используются одинаковые контроллеры FE1.1s. Сайт производителя — http://www.jfd-ic.com/ к сожалению, только на китайском языке.


Чтобы проверить предположение, что плохая работа хаба вызвана игнорированием требований спецификации USB к топологии печатной платы, я разработал свой вариант платы. По сравнению с прототипом на плате установлены несколько дополнительных блокировочных конденсаторов и, по возможности, соблюдены требования к монтажу. Размер платы 75×60 мм. Геометрические размеры сигнальных линий для получения требуемого волнового сопротивления рассчитаны в программе TX-LINE, которая входит в пакет Microwave Office от National Instruments Corporation. Сама по себе эта программа бесплатна и доступна для скачивания на сайте компании http://www.awrcorp.com/ после регистрации. На всякий случай я положил ее в архив, ссылка на который в конце странички. Программа не требует инсталляции, работа с ней интуитивно понятна. Нужно перейти на вкладку с типом линии — «Coupled MSLine», выбрать материал линии — Copper, ввести диэлектрическую проницаемость стеклотекстолита Dielectric Constant = 5,5 и ввести параметры линии. Если принять толщину стеклотекстолита 1 мм, ширину печатных проводников 0,7 мм, расстояние между ними 0,5 мм, толщину медной фольги 0,02 мм, а частоту работы линии 500 МГц, получим волновое сопротивление около 93 Ом. Фольга на противоположной стороне платы служит экраном. Отверстия для монтажа деталей раззенкованы. В выделенные цветом сквозные переходы вставлены отрезки провода, пропаянные с обоих сторон платы.

Все пассивные SMD компоненты типоразмеров 1206 или 0805. Конденсаторы C6-С8 танталовые. Резистор R1 2,7К +/-1%. Розетка XS6 USB mini-BF, XS1-XS4 – USB-AF. Кварцевый резонатор ZQ1 12 Мгц. Конденсаторы C1-C3, кварцевый резонатор ZQ1 и разъем внешнего питания XS5 смонтированы со стороны установки деталей, остальные элементы – со стороны печатных проводников. Перемычка S1 устанавливается, если HUB будет использоваться как пассивный, т.е. все подключенные к нему устройства будут получать питание от компьютера. Если HUB предполагается использовать с устройствами, которые потребляют ток более 500 мА, питания от компьютера будет недостаточно. В этом случае перемычку следует удалить, а к разъему XS5 подключить стабилизированный блок питания на 5 В с необходимой мощностью. Если возможна эксплуатация хаба как в пассивном, так и в активном режиме, вместо перемычки нужно установить диод c барьером Шоттки VD1 с допустимым током не менее 1 А, например, SS24 для исключения подачи напряжения от внешнего блока питания в USB порт компьютера. В принципе, для уменьшения толщины платы, все детали можно разместить со стороны печатных проводников, но без металлизации отверстий это усложняет монтаж. Немного скорректировав рисунок платы можно изменить ее размеры и расположение USB портов под конкретные нужды.

Протестировав смонтированную плату обнаружено, что два из четырех портов великолепно работают с флэшкой и USB жестким диском, а два других — только с мышкой. При этом влияние электромагнитного излучения полностью исчезло. Пришлось убрать второй контроллер из 7-портового хаба и заменить им первый на самодельной плате. Теперь полноценно заработали три порта из четырех. Причем в режиме High Speed перестал работать порт, который с первым контроллером функционировал без проблем.

Монтаж USB хабаВ Data Sheet на FE1.1s сказано, что все контроллеры проходят тестирование перед продажей. Очевидно, отбракованные экземпляры отправляются не в мусор, а к безымянным производителям. Либо в контроллере есть какие-то недокументированные опции. Практически все дешевые хабы, на которых есть разъем для подключения внешнего блока питания, не имеют никакой развязки между внешним и внутренним питанием. Т.е. выводы питания на всех разъемах просто соединены между собой. В результате есть шанс вывести из строя USB порт компьютера, подав на него напряжение с внешнего блока питания, подключенного к хабу.

Поэтому, если предполагается подключение внешнего блока питания к приобретенному USB хабу, нужно вскрыть его корпус и перерезать дорожку от линии питания разъема восходящего порта (того, который идет к компьютеру). Для сохранения возможности использования хаба в пассивном режиме в это место можно запаять диод, как показано на принципиальной схеме. Для уменьшения падения напряжения надо использовать диод с барьером Шоттки с током не менее 1 А.

Еще одна важная деталь — USB кабель. Согласно спецификации USB 2.0 соединительный кабель должен быть обязательно экранированным. При покупке иногда бывает сложно определить, есть в кабеле экран или нет. Единственное, что может свидетельствовать о наличии экрана — это маркировка USB 2.0 HIGH SPEED на кабеле. Косвенным признаком является также наличие ферритовых защелок на концах кабеля!!!!

Однако, ни маркировка, ни наличие защелок ничего не говорят о качестве экрана. В хорошем кабеле он должен быть из фольги, обернутой вокруг проводников, поверх которой надет плетеный медный «чулок». Нередко производители удешевляют производство и вместо полноценного экрана используют несколько омедненных стальных жилок. Если есть возможность, качество экрана можно оценить, измерив мультиметром сопротивление между металлическими корпусами разъемов на обоих концах кабеля. Если сопротивление близко к нулю — в кабеле полноценный медный экран. Если сопротивление 3-4 и более Ом — экран есть, но он из стальных проволочек. Такой кабель обычно тоньше, но он может приводить к сбоям при работе в условиях электромагнитных помех. Например, если рядом с кабелем положить сотовый телефон. Если мультиметр показывает бесконечность, значит кабель не экранирован и для работы в режиме High Speed не пригоден. В любом случае корпус разъема не должен соединяться ни с одним из контактов. Никакие самостоятельные пайки, сращивание, экранирование или замена разъемов в кабеле недопустимы. Самый надежный критерий выбора — это прозрачная внешняя оболочка кабеля, через которую отчетливо просматривается качественная экранирующая оплетка. А если при этом на обоих концах имеются ферритовые защелки, то такой кабель смело можно отнести к категории PRO.

Основные критерии выбора качественного USB 2.0 концентратора для работы по высокоскоростному интерфейсу:

• Приобретать USB концентратор лучше в розничных магазинах, заранее оговаривая возможность возврата или обмена на другую модель.

• На упаковке и корпусе должен быть логотип «USB 2.0 Hi Speed» и явное указание на поддержку скорости 480 Мбит/сек.

• Сразу после покупки, а по возможности до нее, следует протестировать работу всех портов хаба с высокоскоростным устройством, например с флэшкой USB 2.0.

• Если для подключения устройств к хабу или хаба к компьютеру планируется использование соединительных кабелей, предпочтение лучше отдать тем моделям хабов, у которых все разъемы смонтированы в корпусе на плате, т.к. торчащие «хвостики» с разъемами почти наверняка не имеют экранов. В результате один конец экрана подключенного кабеля окажется висящим в воздухе, что может привести к сбоям в работе в режиме High Speed.

• Если предполагается использовать хаб с внешним блоком питания, будьте готовы к тому, что наверняка потребуется доработка хаба, как было описано выше.

• Никакой защиты от перегрузки в дешевых хабах нет, чтобы там ни было написано на упаковке. Предполагается, что она есть в USB портах компьютера. Полноценный хаб с защитой от перегрузки — это уже совсем другая ценовая категория.

• Приобретайте качественный экранированный кабель с надписью HIGH SPEED на нем, по возможности с прозрачной внешней оболочкой.

• Если ни одна из продаваемых моделей хабов Вас не устраивает — сделайте USB концентратор сами, как описано выше.

PDF Подробное описание
ZIP Печатная плата USB хаба в Sprint Layout и схема в sPlan
ZIP Программа TX-LINE