Mengapa USB memiliki 4 baris, bukan 3?

USB menentukan 4 pin:

1.   VBUS   +5V
2.   D-     Data-
3.   D+     Data+
4.   GND    Ground

Mengapa ini bukan 3? Bisakah Data dan Daya tidak berbagi kesamaan? Apakah saya benar dalam memahami bahwa D-itulah landasannya D+?

Tidak, D-bukan tanah. Data dikirim melalui garis diferensial , yang berarti D-gambar cermin D+, sehingga kedua jalur data membawa sinyal. Penerima mengurangi D-dari D+. Jika beberapa sinyal derau diambil oleh kedua kabel, pengurangan akan membatalkannya.

Jadi pensinyalan diferensial membantu menekan kebisingan. Begitu juga dengan jenis kabel, yaitu twisted pair . Jika kabel berjalan paralel, mereka akan membentuk loop (sempit) yang dapat mengambil interferensi magnetik. Namun berkat tikungan, orientasi kabel sehubungan dengan bidang berubah terus menerus. Arus yang diinduksi akan dibatalkan oleh arus dengan tanda berlawanan setengah putaran lebih jauh.
Misalkan Anda memiliki gangguan bekerja secara vertikal pada kabel bengkok. Anda bisa menganggap setiap putaran sebagai loop kecil mengambil gangguan. Maka mudah untuk melihat bahwa lingkaran kecil berikutnya melihat bidang yang berlawanan (terbalik, sehingga untuk berbicara), sehingga membatalkan bidang pertama. Ini terjadi untuk setiap pasangan setengah tikungan.
Efek penyeimbangan serupa terjadi untuk kapasitansi ke ground. Dalam pasangan lurus satu konduktor menunjukkan kapasitansi yang lebih tinggi untuk membumikan daripada yang lain, sedangkan dalam pasangan yang bengkok, masing-masing kawat akan menunjukkan kapasitansi yang sama.

sunting
Kabel dengan beberapa pasangan bengkok seperti cat5 memiliki panjang putaran yang berbeda untuk setiap pasangan untuk meminimalkan crosstalk.

Ini adalah sinyal diferensial (atau seimbang), bukan sinyal tunggal berakhir (tidak seimbang).

Ini berarti penerima "mengukur" tegangan di antara mereka, bukan antara satu dan arde.
Say D + adalah pada 2V, dan D- pada 1V. Sekarang katakanlah kawat mengambil beberapa noise eksternal (RF, hum listrik, dll) Sangat mungkin bahwa kedua kabel akan mengambil sinyal noise yang sama karena mereka dipelintir bersama dan dari impedansi yang sama.
Katakanlah kita mengambil 50mV dari kebisingan. Jadi sekarang D + memiliki 2050mV di atasnya, dan D- memiliki 1050mV - perbedaan di antara mereka masih 1V (1000mV), dan inilah yang penerima "lihat".
Jika ini dilakukan dengan kabel tunggal, maka D + (tanpa D-) akan berada pada 1050mV, dan ground masih pada 0V, sehingga penerima akan melihat 1050mV.

Ini adalah sedikit penyederhanaan yang berlebihan (tetapi mendapatkan konsep dasar) - tanah juga dapat mengambil beberapa kebisingan (atau memintanya untuk memulai dengan), tetapi karena impedansi yang tidak cocok antara itu dan sinyal jumlah kebisingan diambil pada setiap baris akan berbeda dan perbedaan ini akan terlihat di ujung penerima. Juga mungkin ada pada awalnya (misalnya ground loop) yang merupakan masalah besar untuk sistem tunggal.
Menyesuaikan impedansi saluran dalam koneksi seimbang sangat penting untuk penolakan mode umum yang baik (yaitu penolakan sinyal yang umum untuk kedua sinyal) karena hanya berfungsi jika kedua saluran mengambil jumlah noise yang sama persis. Sinyal tidak harus simetris. Namun noise dibuat, selama itu mempengaruhi kedua sinyal sama maka penolakan mode umum akan sangat baik.

Sebenarnya, itu pernah dicoba: Apple Desktop Bus (ADB) digunakan untuk menghubungkan keyboard dan mouse ke komputer Apple Macintosh dari sekitar 1986 hingga Apple membuangnya untuk USB pada 1997 dengan iMac.

Itu memiliki empat kabel: 5V, ground, data, dan saklar daya. Saluran sakelar daya hanya untuk tombol daya pada keyboard, yang menghubungkan saluran ke ground, dan memberi tahu catu daya untuk menghidupkan mesin. Itu harus kabelnya sendiri sehingga masih bekerja bahkan jika garis 5V dimatikan.

Selain itu, jalur data membawa semuanya ... sangat lambat. Bus tidak pernah benar-benar berkembang selain menjadi bis perangkat desktop karena tidak hanya memiliki sinyal satu ujung, tetapi memiliki batas panjang (Anda mendapatkan refleksi dari ujung bus, karena tidak berakhir di setiap ujung).

Jadi Intel memutuskan untuk menggunakan pensinyalan diferensial untuk USB. Jika Anda menginginkan gagasan yang bagus tentang sinyal yang dibeli oleh Anda, bandingkan kinerja dalam kebisingan bus RS-232 tunggal dengan bus diferensial RS-422. RS-422 dapat digerakkan melalui kabel yang lebih panjang dengan tegangan sumber lebih sedikit pada tingkat kesalahan bit yang diberikan.

Kenapa ini? Versi panjangnya mengambil kuliah sehari di kelas elektromagnetik. Versi singkatnya adalah bahwa sinyal noise akan menginduksi tegangan yang sama di kedua kabel dari pasangan diferensial, sehingga komparator pada ujung penerima membatalkannya (ia menolak tegangan mode umum dengan sangat baik). Saluran berujung tunggal tidak memiliki jaminan yang sebanding, karena tidak ada jaminan bahwa garis tanah dan garis sinyal akan mengambil sinyal derau yang sama; alasan bahkan mungkin dihubungkan melalui ground chassis dan arus balik akan mengambil rute yang sama sekali berbeda.

Sebenarnya banyak USB memiliki 5 baris, bukan 4. (Baris 5 untuk negosiasi siapa yang ahli dalam aplikasi OTG. Perhatikan ini terbatas pada konektor mini dan micro USB.)

Seperti yang telah ditunjukkan orang lain, garis D + dan D- adalah pasangan diferensial. Karena penerima dapat mengabaikan tegangan mode umum, pasangan diferensial memberikan kekebalan noise yang lebih baik daripada sinyal tunggal. Secara logis, garis D + dan D- adalah sinyal tunggal.

Saya tidak bisa mengatakan dengan pasti bahwa ini adalah satu - satunya pertimbangan yang masuk ke dalamnya, tapi itu bukan untuk landasan, itu untuk pembatalan EMI. The Data +/- kabel yang twisted pair membawa sinyal diferensial.

Seperti yang Anda temukan di kabel telepon rumah biasa atau kabel jaringan.

Mekanisme transmisi data diferensial D + D- diadopsi untuk mengurangi kebisingan yang terpengaruh, maka bandwidth transmisi dapat sangat ditingkatkan.

Seperti USB ada beberapa protokol transmisi lain yang menggunakan lapisan fisik diferensial. Beberapa contoh adalah RS485, Ethernet ...

Tetapi, bahkan dengan data diferensial, ada kalanya pensinyalan ujung tunggal digunakan di USB: Paket akhir diberi sinyal dengan ujung tunggal berakhir (SE0), yaitu, D + dan D- dalam keadaan rendah . Keadaan ini bertahan selama 2 bit. jika SE0 bertahan lebih dari 10ms itu berarti reset bus.

Pensinyalan dengan ujung tunggal ini membuat USB cukup peka terhadap interferensi elektromagnetik, seperti yang saya temukan baru-baru ini ketika motor pengering rambut menyebabkan banyak terputusnya sambungan pada perangkat USB terdekat. Dan tidak ada filter mode biasa yang dapat digunakan secara efektif karena ini dapat menurunkan sinyal SE0 ... Standar lain yang dipahami dengan baik ...

Beyond Logic memiliki ikhtisar poin-poin penting dari bagian listrik spec USB di sini (juga dalam format PDF di sini ):

... USB menggunakan pasangan transmisi diferensial untuk data. Ini dikodekan menggunakan NRZI dan sedikit diisi untuk memastikan transisi yang memadai dalam aliran data.

...

Penerima mendefinisikan diferensial '1' sebagai D + 200mV lebih besar dari D- dan diferensial '0' sebagai D + 200mV kurang dari D-. Polaritas sinyal dibalik tergantung pada kecepatan bus.