[硬體DIY] USB 5V 電源雜訊的可能解法

上一篇 提到 USB 外接電視盒 畫面雜訊 以及用 USB Hub 加上 變壓器電源 來解決 USB 5V 電源雜訊。然而, 這其中還是有一些限制, 所以有必要進一步探討 :

• USB 外接電視盒需要多少電力?
• USB 5V 的供電方式 有哪些環節需要注意 ?

然後, 再提出幾種可能的解法 :

• USB Hub 加上 變壓器電源
• 選用 +5V 或 +5VSB 對 USB 供電
• 改善 +5V 或 +5VSB 的供電狀況
• 外加 USB 5V 電源濾波穩壓線路

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USB 外接電視盒吃多少電 ?

這是自己做的 USB 跳線板, 分別在 +5V, D+, D-, GND 都有跳線, 四個跳線全上就是正常的 USB 連線, 拆下 +5V 的跳線串接電錶則可以量測 USB 裝置的電流。

測試標的 : V-Gear USB TVBox PK

使用情境	USB 電視盒用電
電腦關機	90mA / 0
電腦開機, 尚未執行電視盒程式	140mA
執行電視盒程式	370mA
錄影	370mA

• 關機的時候, 還量得到 USB 電視盒 在吃電, 是因為這個時候 USB 是由 +5VSB 供電 (詳見下一節的說明)。當改成 +5V 供電之後, 關機就不會再吃電。
• 用電資料, 可以用來評估由 +5V 或 +5VSB 供電的省電差異, (這個例子是 5V*90mA = 0.45W), 以及外加 USB 5V 電源濾波穩壓線路所需考慮的負載 (這邊至少是 370mA)

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USB 5V 的供電方式

你是否曾經發現有些 PC 關機後 USB 仍然有供電? 這是因為某些主機板支援 S3, S4, S5 的USB喚醒功能, 而供電給 USB 週邊。

	特色	適用場合
待命 (S3)	Suspend to Memory, Standby保留記憶體內容, 只供電給記憶體, 關閉其他電源, 可在幾秒之內待命及還原	短時間不使用電腦, 或短距離移動時
休眠 (S4)	Suspend to Disk, Hibernate 將記憶體內容儲存到硬碟, 關閉所有電源 (就是真的關機), 下次開機再從硬碟回復	完全關閉電腦電源, 但又希望保留先前的工作狀態時
關機 (S5)	關閉電腦電源, 只有 +5VSB 供電 (提供 RTC, 網路喚醒 等功能)	完全關閉電腦電源, 下次啟動時需要『重新開機 (載入作業系統)』

上網搜尋 USB 5VSB, 可以得知 :

• USB 由+5VSB 供電是很常見的設計
• 部份主機板提供跳線, 可以切換 USB 由 +5V 或 +5VSB 供電
• 一般ATX電源+5VSB 輸出規格1~2A, 比起 +5V 的 20~30A 差了十倍以上

因為 +5V 或 +5VSB 的規格懸殊, 而且關機時只有 +5VSB 供電, 所以推論它們是由兩組獨立的電路所產生, 有機會從兩者之間選一個比較乾淨的來對 USB 裝置供電。不過, 還是要考慮到 +5VSB 的輸出電流限制。

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主機板的 USB 供電設定

手邊其中兩塊主機板, 關於 USB 供電的設定如下 :

• P4 533A : 主機板上的跳線

• T2 AH1 : BIOS 設定

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更改 USB 5V 供電設定 的實例

凡是牽涉到硬體的變動, 都要特別仔細小心。既使像『更換跳線帽位置』這麼單純的動作, 還是可能暗藏誤區。

就拿 P4 533A 主機板上的跳線來說, 我遇到的例子是, 下面這幾個步驟之後居然就無法開機進入作業系統,

• 拆開機殼
• 找到切換 +5V 或 +5VSB 供電 的跳線
• 更換跳線帽位置
• 裝回機殼

檢查 BIOS 設定也沒跑掉, 雖然安全模式還可以開機, 但一時也看不出所以然。更慘的是, 跳線帽換回原來的位置, 也還是一樣當在載入作業系統的半路。

試了幾個 USB 接口, 居然都沒有通電 (接上 USB Hub 燈沒亮) ……, 原來是 跳線帽接觸不良, 一經插拔之後就不導通了。換了新的跳線帽, 並且用電錶確定導通, 果然排除了問題。

目前, 改由 +5V 供電給 USB, 不需要 USB Hub 和 外接變壓器, 還是可以改善 電視盒畫面雜訊。---- 或者, 也有可能是『接觸不良的跳線帽』所惹的禍。

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USB 5V 電源雜訊的可能解法

雖然這邊的例子是 USB 外接電視盒, 但是應該也都適用於『處理類比訊號』的其他 USB 裝置, 例如 : USB 音效卡 或是 網路攝影機。

方法	說明
USB Hub 加上 變壓器電源 (詳見 上一篇 的說明)	@ 前提 : 5V 變壓器要提供夠乾淨的電源 O 優點 : 不需拆機殼, 不需改動硬體線路 X 缺點 : 佔用一個 5V 變壓器 (成本及耗電), 而且要掌握 5V 變壓器的貨源, 才能複製成功經驗 串接 Hub 可能影響 電視盒 的運作
選用 +5V 或 +5VSB 對 USB 供電 (詳見前一節的說明)	@ 前提 : +5V 或 +5VSB 其中一個要夠乾淨, 而且主機板要支援 O 優點 : 沒有額外硬體的成本 X 缺點 : 受限於主機板、主機電源供應器等架構 若使用 +5VSB 會對 USB 一直供電
改善 +5V 或 +5VSB 的供電狀況 (例如前一節,『接觸不良的跳線帽』)	@ 前提 : 懷疑供電的相關電路或是電源供應器本身有問題 O 優點 : 治本 X 缺點 : 不見得容易找到問題點
外加 USB 5V 電源濾波穩壓線路 (還在構想階段, 不見得會實作)	@ 前提 : DIY經驗及電學知識 (除非找到現成的產品) O 優點 : 操之在我 X 缺點 : 尚在構想階段, 很可能必須試誤

關於最後一個『外加 USB 5V 電源濾波穩壓線路』, 看來沒有現成的產品, 但是 mobile01 還是可以找到一些 5V 穩壓 或 USB 穩壓 的討論, 或許會有幫助。

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延伸閱讀

• Google Search : USB 5VSB
• 談 ATX Power Supply 之 +5VSB 功能 (超頻者天堂, 2000-10-14)
• 電源的發展歷程 (史萊姆論壇, 2004-03-10)
• 認識電源的功率 (香港IT網, 2004-08-20)
• 主板的USB供電和ESD保護 (創新論壇, 2008-09-30)

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