왜 USB에 3이 아닌 4 줄이 있습니까?

USB는 4 핀을 지정합니다 :

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

이것이 3이 아닌 이유는 무엇입니까? 데이터와 전력이 공통점을 공유 할 수 없습니까? 그것이 근거 D-가 된다는 것을 이해하는 것이 맞 D+습니까?

아니오, D-근거가 없습니다. 데이터는 차동 라인을 통해 전송됩니다. 즉, D-의 미러 이미지 D+이므로 두 데이터 라인 모두 신호를 전달합니다. 수신기는 감산 D-에서 D+. 두 와이어가 일부 노이즈 신호를 포착하면 빼기가이를 취소합니다.

따라서 차동 신호는 노이즈 억제에 도움이됩니다. 배선 유형, 즉 꼬인 쌍도 마찬가지 입니다. 전선이 평행을 유지하면 (좁은) 루프를 형성하여 자기 간섭을 일으킬 수 있습니다. 그러나 꼬임 덕분에 필드에 대한 전선의 방향이 지속적으로 변경됩니다. 유도 된 전류는 반대 부호가 꼬인 절반의 전류에 의해 상쇄 될 것이다.
꼬인 와이어에 수직으로 방해가 있다고 가정하십시오. 각 반 왜곡을 방해를받는 작은 루프로 간주 할 수 있습니다. 그런 다음 다음 작은 루프가 반대 필드 (거꾸로 말하자면)를보고 첫 번째 필드를 취소한다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 이것은 반 꼬임의 각 쌍에 대해 발생합니다.
커패시턴스 대 접지에 대해서도 유사한 밸런싱 효과가 발생합니다. 직선 쌍에서 한 도체는 다른 것보다 접지에 대한 정전 용량이 더 높은 반면 꼬인 쌍에서는 각 와이어가 동일한 정전 용량을 나타냅니다.

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CAT5와 같은 여러 꼬인 쌍 케이블은 각 쌍은 혼선을 최소화하기위한 다른 꼬임 길이를 갖는다.

단일 종단 (불균형) 신호가 아니라 차동 (또는 균형) 신호입니다.

이것은 수신기가 하나와 접지 사이가 아니라 그들 사이의 전압을 "측정"한다는 것을 의미합니다.
D +가 2V에 있고 D-가 1V에 있다고 가정하십시오. 이제 와이어가 외부 노이즈 (RF, 메인 윙 등)를 픽업한다고 가정하면 두 케이블이 서로 꼬이고 동일한 임피던스를 갖기 때문에 동일한 노이즈 신호를 픽업 할 가능성이 높습니다.
50mV의 노이즈를 발생 시킨다고 가정 해 봅시다. 이제 D +에는 2050mV가 있고 D-에는 1050mV 가 있습니다. 이들 사이 의 차이 는 여전히 1V (1000mV)이며 이것이 수신기가 볼 수있는 것입니다.
단일 종단 케이블로이 작업을 수행 한 경우 D + (D- 없음)는 1050mV이고 접지는 여전히 0V이므로 수신기는 1050mV가됩니다.

이것은 약간 단순화 된 것입니다 (그러나 기본 개념을 건너 뜁니다)-접지는 약간의 노이즈를 가져올 수 있습니다 (또는 처음에 존재하게 할 수도 있음). 그러나 신호와 신호 사이의 불일치 임피던스로 인해 노이즈의 양 각 라인에서 픽업되는 것은 다르며이 차이는 수신 측에서 볼 수 있습니다. 또한 단일 종단 시스템의 경우 큰 문제인 초기에 (예 : 접지 루프) 존재할 수 있습니다.
균형 잡힌 연결에서 라인의 임피던스를 일치시키는 것은 좋은 공통 모드 제거 (즉, 두 신호에 공통적 인 신호 거부)를 위해 매우 중요합니다. 두 라인 모두 정확히 같은 양의 노이즈를 포착하는 경우에만 작동하기 때문입니다. 신호는 대칭 일 필요는 없습니다. 그러나 두 신호에 똑같이 영향을 미치는 한 공통 모드 제거는 매우 좋습니다.

실제로, 한 번 시도했습니다 .ADB (Apple Desktop Bus)는 1986 년경부터 Apple Macintosh가 iMac으로 USB를 위해 USB를 버릴 때까지 키보드와 마우스를 Apple Macintosh 컴퓨터에 연결하는 데 사용되었습니다.

여기에는 5V, 접지, 데이터 및 전원 스위치라는 네 개의 전선이 있습니다. 전원 스위치 라인은 키보드의 전원 버튼을위한 것으로, 라인을 접지에 연결하고 전원 공급 장치에 기계를 시동하도록 지시했습니다. 5V 라인이 꺼져 있어도 여전히 작동하므로 자체 와이어 여야했습니다.

그 외에는 데이터 라인이 모든 것을 운반했습니다 ... 매우 느리게. 버스는 단일 종단 신호뿐만 아니라 길이 제한이 있기 때문에 데스크탑 장치 버스 이상으로 발전한 적이 없습니다 (버스 끝에서 반사되지 않음).

그래서 인텔은 USB에 차동 신호를 사용하기로 결정했습니다. 차동 신호 방식이 무엇인지 잘 알고 싶다면 단일 종단 RS-232 버스의 잡음 성능을 차동 RS-422 버스와 비교하십시오. RS-422는 주어진 비트 오류율에서 더 낮은 소스 전압으로 더 긴 케이블을 통해 구동 될 수 있습니다.

왜 이런거야? 긴 버전은 전자 수업에서 하루 강의가 필요합니다. 짧은 버전은 잡음 신호가 차동 쌍의 두 전선에서 동일한 전압을 유도하므로 수신기 끝의 비교기가이를 제거합니다 (공통 모드 전압을 매우 잘 제거함). 단일 종단 라인은 접지 라인과 신호 라인이 동일한 노이즈 신호를 포착한다는 보장이 없기 때문에 비교할만한 보증이 없습니다. 접지는 섀시 접지를 통해 연결될 수도 있으며 리턴 전류는 완전히 다른 경로를 사용합니다.

실제로 많은 USB에는 4 개가 아닌 5 개의 회선이 있습니다. 5 번째 회선은 OTG 응용 프로그램의 마스터를 협상하기위한 것입니다. 이는 미니 및 마이크로 USB 커넥터로 제한됩니다.

다른 사람들이 이미 지적했듯이 D + 및 D- 라인은 차동 쌍입니다. 수신기는 공통 모드 전압을 무시할 수 있기 때문에 차동 쌍은 단일 종단 신호보다 더 나은 잡음 내성을 제공합니다. 논리적으로 D + 및 D- 라인은 단일 신호입니다.

필자가 이것이 고려해야 할 유일한 고려 사항 이라고 확실히 말할 수는 없지만 접지가 아니라 EMI 제거를위한 것입니다. 데이터 +/- 와이어 되어 쌍 꼬임 차동 신호를 운반한다.

일반적인 가정용 전화 코드 나 네트워크 케이블에서 찾을 수있는 것과 같습니다.

D + D- 차동 데이터 전송 메커니즘은 영향을받는 노이즈를 줄이기 위해 채택되므로 전송 대역폭을 크게 늘릴 수 있습니다.

USB와 같이 차등 물리 계층을 사용하는 다른 전송 프로토콜이 몇 가지 있습니다. RS485, 이더넷 ...

그러나 차동 데이터를 사용하더라도 USB에서 단일 종단 신호를 사용하는 경우가 있습니다. . 이 상태는 2 비트의 시간 동안 지속됩니다. SE0이 10ms 이상 지속되면 버스 재설정을 의미합니다.

이 단일 종단 신호는 헤어 드라이어 모터가 근처의 USB 주변 장치에서 많은 연결을 끊었을 때 최근에 발견 한 것과 같이 USB를 전자기 간섭에 매우 민감하게 만듭니다. SE0 신호를 저하시킬 수 있으므로 공통 모드 필터를 효과적으로 사용할 수 없습니다.

Beyond Logic은 여기에 USB 사양의 전기 부분의 핵심 부분에 대한 개요를 제공합니다 (PDF 형식도 여기에 있음 ).

... USB는 데이터에 차동 전송 쌍을 사용합니다. 이것은 NRZI를 사용하여 인코딩되며 데이터 스트림에서 적절한 전환을 보장하기 위해 비트로 채워집니다.

...

수신기는 차동 '1'을 D-보다 큰 D + 200mV로 정의하고 차동 '0'을 D-보다 작은 D + 200mV로 정의합니다. 신호의 극성은 버스 속도에 따라 반전됩니다.