Защита usb от помех
Обновлено: 04.07.2024
Продолжаем наш новый сериал «Увлекательные мучения». Как вы знаете, я завел Mac Mini и пытаюсь понять, зачем можно ли сделать из него бюджетный аудиофильский транспорт. И вот случился первый апгрейд, который должен поднять звук на какую-то иную ступень. Странная штука, называемая аудиофильским USB-фильтром, или как его называют сами создатели – decrapifier Schiit Wyrd .
В мире полно бесполезного добра, и мы сейчас узнаем, тот ли это случай. Эта штука представляет собой USB-микроконтроллер с прецизионным кварцевым генератором, запитанным от малошумного линейного источника питания. Суть этого устройства в сетапе – изолировать ЦАП от шума, который может приходить с компьютера.
С тех пор, как я стал использовать консоль питания Powergrip , звучание моего сетапа действительно стало заметно качественнее. Чистое питание означает меньше помех, и это действительно хорошо слышно при условии, что у вас минимально приличная система. Придерживаясь той же логики, я ожидаю, что чистка USB-соединения может повлиять на качество звука. В «минике» usb не защищены от помех импульсного БП, и по идее часть того шума, который производится в компьютере, неизбежно будет попадать в ЦАП через USB.
Wyrd обещает до 200 000 раз меньшее количество шумов, чем исходит от обычного USB-порта. Но это при условии, что ваш порт вообще шумит. В любом случае аудиофилу нужно всё отдельная стабилизированная цепь питания на USB ситуацию не ухудшит, как мне кажется.
Почему вообще нужно фильтровать USB, там же нули и единицы? Передача звукового потока по USB асинхронная, и в случае появления ошибок происходит не повторный запрос пакета, а включается система коррекции ошибок, которая сама «додумывает», как должно было быть, и, следовательно, она может ошибаться, неверно интерпретировав потерянную часть сигнала. Всё еще думаете, что нельзя исказить цифровой аудиопоток и это не влияет на звук?
Итак, девайс выполнен в таком же маленьком корпусе, как и остальные начальные устройства Schiit. На фасаде у вас только два белых светодиода, сигнализирующих о соединении с транспортом на входе и с ЦАП на выходе. Задняя панель также не несет откровений – USB на вход и USB на выход плюс традиционный тумблер включения и разъем для блока питания.
Обычно для соединения с ЦАП я использую неплохой USB кабель Wireworld Ultraviolet, но он у меня один, и, чтобы максимально избавить себя от ненужной мнительности, я буду использовать два одинаковых USB кабеля Schiit Pyst, целиком оставшись во вселенной Marvel Schiit.
И вот что произошло после появления Wyrd в сетапе: хорошая новость в том, что «миник» перестал терять ЦАП, что иногда происходило после выхода из режима сна, плохая – я всё время забываю включать питание у Wyrd.
Честно говоря, заметить Wyrd непросто. И поначалу я вообще не заметил разницы, когда девайс появился в цепи между моим доморощенным транспортом и мультибитным ЦАПом в усилителе Schiit Ragnarok 2. Но разница есть, просто нужно знать, где её искать.
Изменения в звуке стоит искать в самых дальних и самых темных местах. Вот частный пример: на треке Massive Attack What Your Soul Sings с альбома 100th Window есть электрически гудящий сэмпл, появляющийся в начале второй минуты, который обретает больше фактуры, если Wyrd оказывается в цепи.
Я заметил на совершенно разной музыке, что многие высокочастотные звуки стали звучать более разборчиво, и вообще грязный и гаражный саунд становится, как мне кажется, немного более осязаемым. Странная хрень – ты чистишь шум, чтобы лучше слышать шум . Причем это все – довольно субтильные изменения, в которые надо вслушиваться и вылавливать их. По большому счету мало что происходит, но всё же слышимый эффект в моем сетапе определенно есть.
Но самое интересное случилось дальше – я отключил «миник» от Powergrip и воткнул напрямую в розетку в стене. И вот тут уже появление Wyrd в цепи становится более заметным. Точнее, становится заметным его отсутствие – без фильтрации уже нет таких мертвых пауз, бесконечно повисающих послезвучий и того уровня утонченности на высоких, что есть при включенном фильтре. Без хорошего питания совершенно точно пропадает какая-то часть качества, и часть его можно вернуть с помощью Wyrd.
Такой фильтр, как мне кажется, будет уместен именно для компьютера, используемого как транспорт – вы гарантированно получите почти идеальный, чистый USB сигнал на выходе в ЦАП и снимете часть головной боли по поводу чистоты тракта. А вот на каком-нибудь аудиофильском транспорте, где USB уже специально «приготовлен»,необходимости в нем скорее всего не будет. Так что если вы используете источник на базе компьютера, то вам не помешает попробовать эту штуку у себя в сетапе и услышать самому, что же произойдет.
Тестовый сетап
Усилитель: Schiit Ragnarok 2 с мультибитным ЦАП :: АС: Martin Logan Motion 40i :: Наушники: Audeze LCD-24 :: Кабели: межблочные Schiit Pyst USB, акустические Analysis Plus Oval 12 :: Консоль электропитания: Powergrip YG-1 ::
Очень часто нам задают вопрос: безопасно ли использовать то или иное оборудование, подключая его к USB любимого ноутбука.
Сторонние зарядные и разнообразные периферийные устройства, внешние потребители энергии — все это может в одночастье вывести из строя разъем, а то и всю материнскую плату любимого компьютера.
Впрочем, у других устройств ещё больше проблем: выход смартфона, зарядного кейса или самих наушников ещё больше подвержены поломкам.
Как это все защищать? Попробуем разобраться.
Как устроен USB
Разделитель отлично собирает пыль и легко ломается. Нет, это не баг, это фича, дополнительная защита от попытки вставить периферию с неисправными выходами.
Сбор пыли и грязи таковой не является. Более того: поскольку шина USB является дискретной и передаваемые данные выглядят со схемотехнической точки зрения как незначительно изменяющийся по амплитуде постоянный ток, грязный USB может уходить в защиту, отключаясь.
Грязь меняет параметры сигнала и заставляет материнскую плату отключать один или все USB. Чаще всего этим грешат компьютеры Apple, считающие любые отклонения токов неисправностью.
Тем не менее, такая защита реализована далеко не всегда и не от всего. Теоретически, стандарты USB предполагает определенные требования к схемотехнической защите, в том числе от помех, повышенного напряжения или короткого замыкания.
Однако многие производители материнских плат не стесняются выводить контакты USB напрямую к микросхеме, реализующей системную логику (северный мост, процессор на ряде платформ и тому подобное).
В лучшем случае защита ограничивается простейшими плавкими предохранителями для ряда выводов, и той обычно только для питания.
Порт должен содержать защиту. Но не все соблюдают требования
Хорошие бренды используют самовосстанавливающиеся предохранители, которые позволяют использовать порт спустя 10-30 минут. Но их может не быть, или Плохие — не восстанавливающиеся, после срабатывания которых необходим ремонт в мастерской.
Если по каким-то причинам внешнее устройство подаст повышенное питание по шине данных или будет перепутана полярность питания — практически у любого компьютера будут большие проблемы.
Даже «защита от грязи» срабатывает чаще при пониженном уровне сигнала на USB. При повышенном, даже при подключении относительно маломощных устройств вроде плат отладки Arduino, предохранители стандартных типов не успевают сработать.
Защита продаётся отдельно, и не встроена в контроллер USB. Производители экономят
Особенно опасно это для полностью симметричных разъемов типа USB-A. Версия Type C является полностью симметричной, но реализован так, чтобы перепут напряжения был маловероятен.
Кроме того, этот стандарт требует от производителей конечных устройств для потребителя реализацию дополнительных алгоритмов защиты и фильтрации сигнала, которые снижают вероятность выхода разъема из строя.
Но это работает только для тех USB-C, которые полноценно реализуют стандарт USB 3.0/3.1 и выше. Как опознать? Если разъем одновременно умеет выводить видеосигнал, может использоваться для зарядки гаджетов и самого устройства и при этом обмениваться данными на высокой скорости — этот разъем подходит.
Все дистанцированно, если за USB-C прячется USB 3.0 или Thunderbolt. Но предохранителей может не быть, а провода очень близко
Опять же, разъемы с аппаратной поддержкой видео- и аудиовывода имеют специализированную защиту от шумов.
Она не позволит кратковременным скачкам напряжения и коротким замыканиям периферии (подключенные в сеть 220В внешние устройства — отдельная тема, от них защита не сработает) вывести из строя весь компьютер. Но порт может сгореть.
Если сигнал неустойчивый или с помехами — никакой защиты нет. Но что в этом случае, что в случае идеальных разработчиков, которые создали сферический ноутбук в вакууме с соблюдением всех стандартов, стоит озаботиться защитой самостоятельно.
Или хотя бы попытаться.
Защитить от пыли и грязи проще простого
Есть и высокотоковые магнитные провода
От грязи и пыли для всех типов разъемов, представленных в компьютерах, можно найти простую и эффективную защиту.
Резиновые заглушки для USB, слотов картридеров и даже пропиетарных разъемов продаются как в оффлайн-магазинах, так и на AliExpress. Если постараться — можно найти готовый набор именно для своего ноутбука.
Важно: материал, из которого изготовлены заглушки, должен быть антистатическим. Иначе есть шанс сжечь порт статическим разрядом.
Как найти именно такие? Ориентируясь на отзывы покупателей и высокий рейтинг продавца. Второй способ проще: заглушки должны быть силиконовые, мягкие, легко гнущиеся.
Силикон — отличный изолятор, который плохо накапливает статическое электричество. Поэтому такую защиту применять надежнее всего.
Механические повреждения можно исключить
Сломанный разъем зарядки занимает третье место в рейтинге самых частых неисправностей, с которыми люди обращаются в сервис.
Для microUSB, USB-C и ряда других слотов можно использовать «магнитные кабели» с отделяемой частью, остающейся в разъеме. Это потребует полностью отказаться от стандартных проводов.
При покупке необходимо обращать внимание на пропускную способность кабеля и его функции: некоторые умеют только заряжать устройства, некоторые работают как обычные, цельные.
Универсальные провода покупать нельзя: для унификации магнитного разъема из них вырезают возможность передачи данных. В комплекте должен быть один разъем и указана возможность передачи данных.
Более доступным вариантом станут магнитные переходники для обычных разъемов: порт в ноутбуке с ними всегда защищен, а провода лишние покупать не нужно.
Собственная защита USB от скачков напряжения или тока
К сожалению, единственный выход реализовать хоть какую-то развязку — использовать USB-хаб. Лучше всего, если он будет иметь собственное внешнее питание.
Дело в том, что разветвление USB-интерфейса невозможно реализовать, просто разветвив провода — для этого требуется дополнительная аппаратная схема.
В случае подачи повышенного тока именно она сгорит, сохранив «жизнь» встроенным в плату портам.
В случае с разъемами USB-C, оснащенных поддержкой стандарта Power Delivery с соответствующей возможностью зарядки все чуть сложнее: теоретически, разъем должен согласовывать небольшими шагами передачу электропитания по отдельным линиям, исключая возможность перенапряжения.
Но это позволяет производителям отказываться от дополнительной защиты, которая бы сработала в экстренной ситуации.
Внешняя защита USB от скачков напряжения или тока
Тут может сработать неожиданная защита в виде правильно подобранного кабеля питания: оригинального, либо наоборот, из проверенной пользователями линейки с максимально пропускаемым током до 3А.
В таком случае при кратковременном скачке по току есть небольшой шанс, что при отсутствии другой защиты кабель сработает предохранителем (кстати, более-менее приличные бренды сознательно ограничивают пропускную способность проводов).
Вариант не лучший, но достаточно надёжный. А вот дорогостоящие 100-ваттные провода без необходимости лучше не покупать — они отлично проводят высокие токи, губительные для компьютеров.
Впрочем, это не лучший вариант защиты. Другое дело — использование внешних хабов перед USB. Хаб сгорит — порт останется целым. Но непроверенные гаджеты так лучше не использовать.
Для них стоит использовать концентратор или док-станцию с внешним питанием: даже если проектировщик не выполнил гальваническую развязку элементов, цепи питания в них гарантированно изолированы.
Аналогично и в других достаточно продвинутых устройствах, например:
- внешние видеокарты и модули с видеовыходом,
- концентраторы с выключателями.
Спасаем USB от короткого замыкания
От короткого замыкания между контактами стоит использовать гальваническую развязку в виде внешнего прибора.
Чаще всего они выпускаются в виде миниатюрного подобия флешки и довольно часто используются аудиофилами для изоляции USB от наводок по питанию при подключении высококлассных аудиосистем.
Найти такую можно на AliExpress, но все существующие варианты базируются на старой схемотехнике, поэтому обеспечивают скорость обмена данными не более 10 Мбит/с.
Более быстрые устройства имеют крайне специфическое применение и продаются напрямую от крупных разработчиков. За совершенно другие деньги.
Впрочем, этой скорости хватит, чтобы распознать во флешке пресловутый USB-Killer или определить неисправное оборудование.
Неочевидная защита: «пилоты» и блоки питания
Многие проблемы USB можно предотвратить, если избавиться от некачественных источников питания, используя при этом оснащенные соответствующей защитой розетки 220В.
При питании от сети не слишком хорошо спроектированные материнские платы (MacBook в зоне риска) подают питание на USB-порты напрямую от разъема блока питания.
Скачок напряжения вряд ли убьет защищенный предохранительными цепями процессор или другие важные микросхемы. А USB с включенными в него приборами — запросто.
Достаточно использовать любой удлинитель с кнопкой (в них всегда есть предохранитель), чтобы избежать этого. А надежный блок питания станет вторым эшелоном защиты как самого разъема, так и гаджета в целом.
Факт: использовать питание от батареи при подключении незнакомых периферийных устройств надежнее, поскольку при коротком замыкании токи будут ниже.
Кроме того, большая часть гаджетов (включая ноутбуки) имеет независимую схему питания от батареи, в которую USB-порты включаются иными линиями.
При подаче высокого напряжения или неправильной полярности на контактах порта это позволит спасти материнскую плату даже в том случае, когда сам USB выйдет из строя.
Все нужно проверять самому
С зарядными устройствами и проводами чуть сложнее. Без дополнительных устройств придётся либо использовать качественное оборудование (что не исключает его сбоев), либо проверять все самостоятельно.
Для этого пригодится некое тестовое устройство (лучше — старый смартфон с подтвержденным в обзорах портом стандарта USB 3.0/3.1) или электронная нагрузка и USB-тестер.
Проверки стоит проводить не только после покупки — внешние повреждения должны стать поводом прогнать тест ещё раз.
Что в итоге?
Итак, подведём итоги. Чтобы гарантированно защитить USB от любых внешних воздействий, придётся приобрести приличный парк устройств:
-
— для защиты редко используемых портов; или переходников с примагничивающимися разъемами — для зарядки и частых подключений; — для подключения новых или китайских гаджетов; — для чужих устройств с неизвестными свойствами; — для подключения своих устройств «на ходу».
Такой набор гарантированно позволит сохранить ноутбук, смартфон, планшет и любое другое оборудование в рабочем состоянии.
Впрочем, для «обычных смертных» хватит заглушек и хаба. Если использовать проверенные фирменные зарядки, провода и периферийные устройства, конечно.
(28 голосов, общий рейтинг: 4.32 из 5)
Хочу поделиться вариантом изготовления помехозащищённого USB кабеля для использования в машине.
Такой кабель может быть длиной до 5м и успешно применяться для "связки" планшет-HUB-DSP. Помехоустойчивость достигается за счёт двойного экранирования data-линии внутри кабеля.
Для изготовления использую USB 3.0 кабель от "VCOM" длиной не менее 1,8м. Чем длиннее кабель-тем толще питающие провода внутри.
Ниже на картинках пошаговые действия
обрезаем внешний экран, оставляя только кросс-жилу
скручиваем вместе кросс-жилу внешней оплётки с кросс-жилой "витой пары"
тем самым получаем двойной экран: внешний с общей оплёткой и дополнительный внутри самой "витой пары"
После пайки на разъём и его отмывки нарезаем тонкими полосками кусочек от стержня термоклея
и вставляем их между рядами контактов
греем феном до полного заполнения между контактами по необходимости добавляя дополнительные полоски.
Теперь вставляем в корпус и на его нижний выступ натягиваем внешнюю изоляцию кабеля
припаиваем "экран" к корпусу
сверху добавляем термоклей до полного заполнения
одеваем верхнюю крышку предварительно отогнув "крылья"
пропаиваем в местах стыковки верхней и нижней частей корпуса
лавсановой ниткой (она прочная и имеет некоторое растяжение) плотно накладываем бандаж на хвостовик разъёма надёжно фиксируя от возможного изгиба и в завершении промазываем клеем ( использую "88" — он после высыхания не твердеет)
одеваем пластиковый колпачок из комплекта к разъёму
и усаживаем в термоусадку
Одна сторона кабеля готова.
Ответная сторона кабеля будет с разъёмом USB-А для подключения к HUB-у (продолжение).
Комментарии 10
А может из-за USB кабеля при переключении треков щёлкать чуток USB HEC модуль в Хеликсе?
Если USB кабель стандартный из компьютерного магазина и длинный (от 2м и больше), то может. В них не всегда есть внешний общий экран (а если есть, то плотность его не выше 50%), витую пару заменяют два параллельных проводника и гарантированно без собственного экрана. Импеданс в такой "витой паре" далёк от необходимых 90 Ом, что не позволяет правильно согласовать оборудование и это напрямую влияет на передачу данных. А ещё "щелчки" могут быть из-за тонких проводов питания на USB устройствах (HUB, звуковая карта, одноплатники…)
JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!
А я б стабилитрончики повесил. После того, как спалил несколько микросхем в своем программаторе, сделал к нему кабель со стабилитрончиками и резисторами. Теперь живет. Правда летели м/сх не от статики, а от КЗ или повышенного напряжения. В принципе, статический разряд достаточно быстр..Успеет ли стабилитрон.?Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
Nobody, информация противоречивая насчет ЮМ и ЮСБ. В сети много мнений по этому поводу. Давайте не будем тут дискутировать на эту тему PCI USB купить не получится. Нужно использовать те порты что есть на мамке.
Skrrmrchoh, стабилитрончики откуда и на что вешали? и на какое напряжение? Если не трудно набросайте схемку!
Статику впринципе уберу заземлением компьютера, вроде у нас контур везде есть.
По питанию думаю может самовостанавливающийся предохранитель поставить? Интересно сколько флешка кушает тока?
ЗЫ: устройство вообще типа от диверсии "запаял на флешке накоротко питание и пришел со словами "а ну ка перекинь мне вот это"", ну или просто некоторые личности умудряются наоборот ЮСБ втыкнуть. тоже коротит тогда.
Приглашаем всех желающих 25/11/2021 г. принять участие в вебинаре, посвященном антеннам Molex. Готовые к использованию антенны Molex являются компактными, высокопроизводительными и доступны в различных форм-факторах для всех стандартных антенных протоколов и частот. На вебинаре будет проведен обзор готовых решений и перспектив развития продуктовой линейки. Разработчики смогут получить рекомендации по выбору антенны, работе с документацией и поддержкой, заказу образцов.
По питанию ЮСБ выдает 0,5 А, вот по сигнальным линиям - вопрос._________________
Если долго мучиться, что-нибудь. сломается.
Приглашаем 30 ноября всех желающих посетить вебинар о литиевых источниках тока Fanso (EVE). Вы узнаете об особенностях использования литиевых источников питания и о том, как на них влияют режим работы и условия эксплуатации. Мы расскажем, какие параметры важно учитывать при выборе литиевого ХИТ, рассмотрим «подводные камни», с которыми можно столкнуться при неправильном выборе, разберем, как правильно проводить тесты, чтобы убедиться в надежности конечного решения. Вы сможете задать вопросы представителям производителя, которые будут участвовать в вебинаре
Вот разобрал гнилобайтовскую материнку. Там есть простенькая защита передних ЮСБ портов (а задние напрямую в южник шуруют).А как все-таки быть с сигнальными линиями? Я бы параллельно линиям порта повесил бы стабилитроны типа кс156 или импортные на 5,1В(только их подобрать лучше, если напряжение стабилизации будет меньше 5В он будет открыт. греться будет, наверное. ) ) Между линиями порта D+ и D-и разъемом куда флешку втыкать резисторы Ом 100 или 50 (в программаторе у меня 270 стоит. ), по питанию резистор не надо. Я бы так попробовал.
Стабилитрон не откроется, если напряжение на нем меньше, чем его напряжение стаблизации. Напряжение стабилизации стабилитрона кс156 составляет 5,6В (-+какое- то отклонение), и он будет закрыт до тех пор, пока напряжение ниже 5,6В (-+ какое- то отклонение). Если напряжение по каким- то причинам повышается, стабилитрон открывается, ток течет через него, излишнее напряжение падает на балластном резисторе и напряжение, приложенное к выводу порта не превысит напряжение стабилизации стабилитрона (в случае с кс156- 5,6В).
Можно использовать импортные стабилитроны, у них есть номинал 5,1В, но в этом случае возможна ситуация, когда отклонение от номинала (нельзя изготоить идеально на 5,1В) скажем на 0,15В (5,1-0,15=4,95<5)приведет к тому, что стабилитрон будет всегда открыт, через него всегда будет течь ток. Это нам совершенно не нужно (нужно чтобы он открывался только в аварийной ситуации), поэтому стабилитроны придется подобрать (только если будете использовать импортные, на 5,1В). Кроме того, напряжение +5В в компутере тоже может быть несколько завышено, что также приведет к открыванию стабилитрона в неаварийном режиме. Так что, если хотите, чтобы ваша защита срабатывала точно при превышении напряжения в 5В придется померить напряжение на выводах порта и под него подбирать стабилитроны. Для КС156 такие манипуляции будут не нужны, но защищать они будут не хуже, чем при использовании стабилитронов 5,1В. Кроме того, наши радиодетали отличаются лучшей стойкостью к перегрузкам, нежели импортные.
Так что "порт на землю" он не посадит.
Единственное НО заключается в том, что я не знаю, насколько они (стабилитроны) быстродействующие. Успеет ли он открыться при статическом разряде ? С другой стороны первые серии кмоп микросхем очень боялись статики, но потом, когда в них стали савить защитные диоды, проблема отпала. В принципе, если диоды успевают, то и стабилитроны должны.
Читайте также: