Adattatore di Prova per USB: Test della Qualità del Segnale e della Corrente delle Porte USB

Quando le periferiche collegate a un PC non funzionano o si comportano in modo anomalo, un'analisi approfondita della porta USB, oltre alla semplice ricollegatura o alla prova su altri PC, spesso si rivela più efficace. L'adattatore compatto qui presentato consente di inserire una sonda per oscilloscopio nella connessione USB. Ciò permette sia la misurazione della corrente che la visualizzazione della comunicazione USB.

Questo articolo presenta uno strumento compatto e pratico per misurazioni su connessioni USB 2.0. Le caratteristiche principali includono:

• Misurazione statica e dinamica della corrente di alimentazione dei dispositivi collegati.
• Le periferiche possono essere alimentate direttamente tramite l'adattatore di misura.
• Misurazione semplice della qualità del segnale delle linee dati ad alta velocità.
• Due LED indicano la presenza di un'alimentazione a 5 V sia dal PC che dal dispositivo periferico.

Descrizione del circuito

La Figura 1 mostra il circuito relativamente semplice, mentre la Figura 2 illustra il layout compatto del PCB dell'adattatore, con i file di layout disponibili online. La scheda popolata nella Figura 3 è priva del diodo D1. Il PC si collega a J1, una presa USB di tipo B, utilizzando un cavo da USB-A a USB-B. Il dispositivo periferico si collega a J2, una presa USB di tipo A.

Il flusso di corrente viene rilevato come caduta di tensione attraverso il resistore shunt R3 tramite il connettore JP3. Le misurazioni della corrente statica possono essere effettuate utilizzando un multimetro (tipicamente nell'ordine dei millivolt). Per rilevare rapide variazioni di corrente, è necessario collegare un oscilloscopio al JP3, idealmente con una sonda di corrente dedicata. Due varianti di tali sonde, che consentono anche misurazioni galvanicamente isolate di segnali veloci, sono state descritte in dettaglio in precedenza su Elektor (nei numeri 9-10/2016 e 11-12/2020).

La piedinatura del connettore JP3 consente il collegamento diretto di queste sonde. La Figura 4 mostra l'adattatore di misura USB con la sonda di corrente 2.0 collegata. La Figura 5 illustra il profilo di corrente di un dongle Wi-Fi USB che assorbe frequentemente correnti elevate, causando spesso lo spegnimento degli alimentatori plug-in da 5 V più deboli.

Il ponticello JP1 consente di scollegare la linea di alimentazione a 5 V tra l'host (J1) e la periferica (J2). In tali casi, è possibile fornire alimentazione esterna alla periferica tramite il connettore X1, soluzione ideale quando la corrente richiesta dalla periferica supera quella erogabile dalla porta USB del PC. Le porte USB 2.0 sono limitate a 500 mA, il che può già causare instabilità in alcune periferiche.

Il diodo Zener D1 non solo limita la sovratensione (eventualmente sacrificandosi), ma offre anche una protezione dall'inversione di polarità attraverso il suo diodo antiparallelo. Tuttavia, si tratta solo di una misura di protezione temporanea di base. È necessario prestare particolare attenzione quando si collega un alimentatore da laboratorio per garantire che la tensione di uscita rimanga al di sotto della tensione Zener di D1. I LED1 e LED2 indicano la presenza di alimentazione a 5 V rispettivamente sul lato host e sul lato dispositivo.

Segnali Dati

Per valutare i segnali dati e la loro integrità, è possibile collegare a JP2 un oscilloscopio ad alta velocità con una sonda adeguata. Una sonda attiva differenziale ad alta velocità compatibile è stata descritta in precedenza su Elektor. La Figura 6 mostra questa sonda collegata all'adattatore di misura USB. La Figura 7 mostra i segnali dati osservati su un oscilloscopio a 350 MHz.

Naturalmente, l'adattatore di misurazione USB non è limitato allo standard USB 2.0, ma può essere utilizzato anche per analizzare periferiche più lente, supportando i segnali USB 1.0 e 1.1. L'autore dispone ancora di un numero limitato di schede non popolate.

Nota dell'editore: l'articolo completo (240175-01) è pubblicato su Elektor Circuit Specail 2025.

Domande?

Per qualsiasi domanda sull'adattatore di misura USB o commenti su questo articolo, inviare un'e-mail all'autore all'indirizzo alfred_rosenkraenzer@gmx.de o contattare Elektor all'indirizzo editor@elektor.com.