硬件工程师的思维-USB转UART不识别故障

2万 · 2020-5-11 15:01

--------用工程师的思路解决了部分USB-UART接USB集线器不识别的问题。---------

以前使用的好几批次USB-UART转换器，采用的是PL2303HX芯片，直接接电脑，或者接USB集线器，都可以识别和工作。
最近单位购买的一批USB-UART转换器，插电脑是可以识别的，插USB集线器，有些集线器可以识别，有些集线器无法识别，
或者部分端口勉强可以识别，有时候识别有时候不识别，不稳定。

以前可以识别的USB-UART，插入时，DM是3V左右直流电压，然后识**有脉冲。
不识别的USB-UART，插入时，DM一直是1.8V左右的直流电压。
显然这个新的USB-UART不符合规范，1.8V左右的电压，集线器也许不认为是高电平，无法触发插入检测。
考虑焊接方便，在USB接口的5V和DM之间接33K上拉电阻，即可识别。

分析一下老的USB-UART，3.3V和D-之间，有1.5K电阻上拉，新的，外围器件很少，没有外部上拉，只有内部上拉。
估计这个芯片内部上拉电阻阻值太大，或者上拉电源电压太低，显然，1.8V左右的高电平，部分USB集线器不认为是高电平。
在这里，介绍一下USB插入检测过程：
PC的每个USB端口，DP/DM有15K的下拉电阻，没有USB设备插入，DP/DM是低电平。
而在USB设备端，在DP或者DM上接了1.5K欧姆上拉电阻。
对于全速和高速设备，上拉电阻是接在DP上；而低速设备则是上拉电阻接在DM上。
当USB设备插入，5V上电后，内部VUSB上电，VUSB通过1.5K电阻接到DP或者DM，集线器发现DP或者DM高电平，
认为USB插入，开始识别流程。

看来，淘宝上的USB转UART，良莠不齐，也说明，没有技术的作坊式产品，质量是无法保证的。
一个连USB基本原理都不懂的企业，就敢生产USB相关产品，可能还是抄板的，可叹。

光叹息，也许有些初级工程师不理解，光给出结论没有分析过程也不行，那就给点实验测试数据呗。
准备一个USB数据线，找了一根手机一侧接触不良的数据线，剪断，黑色电线是GND，白色是DM，
白色上串联一个200欧姆电阻，暂时找不到1.5K的，这会导致测试误差，不影响结论分析。
黑色接稳压电源负极，200欧姆电阻一侧接电源正极。
插入到一个USB集线器，电压从1.6V开始慢慢往上调节，1.9V时PC显示有外设插入，再电压慢慢调低，
到1.65V，PC显示设备拔出，大约0.25V的回差。

去掉USB集线器，直接插PC的USB端口，继续测试，电压从1.2V开始慢慢往上调节，1.43V时PC显示有外设插入，
再电压慢慢调低，到1.25V，PC显示设备拔出，大约0.18V的回差。

这下，即使初级工程师，也会明白为何PC端口可以识别，而USB集线器无法识别，检测门限有差别。
在这里，我问一下那些钻研MCU和数字电路的工程师，有几个测试过斯密特输入的高低电平门限值和回差？
所谓的硬件兼容性不好，你认为会是什么原因？肯定是设计的原因，没有考虑不同设备、温度等因素。