Dispositivo USB con 2 puertos: cómo protegerlo de que el usuario conecte ambos

Question

Tengo un dispositivo USB de alta velocidad al que quiero dotar de 2 puertos, uno en cada extremo de la caja. Esto es para que el cable pueda ser conectado donde sea más conveniente. Mi MCU (atmega32u4) sólo tiene una interfaz, por lo que los puertos físicos serán compartidos, pero sólo uno debe estar conectado a la vez.

Por supuesto, no se puede confiar en que los usuarios no se conecten a ambos lados a la vez. ¿Cómo protegerse de esto?

Ideas que se me ocurren:

• Simplemente conéctalos "tal cual" y espera que el anfitrión pueda lidiar con los pines D+/D- unidos
• Puerta NAND con pines separados de 5V como entrada, salida a un MOSFET que desconecta Vcc cuando ambos están conectados.

¿Suena razonable la segunda opción, o es necesaria una solución más compleja?

Answer 1

Como se ha señalado, no se pueden conectar directamente dos hosts a un dispositivo, por lo que si se conectan por cable y alguien lo enchufa en ambos extremos, tendrías un problema.

Sin embargo, también hay un problema si sólo se conecta un extremo. El USB, especialmente el de alta velocidad (480Mbps), tiene una impedancia controlada. Si conectas las dos líneas de datos de los conectores, acabas con lo que se conoce como stub en el diseño de alta frecuencia. El cable que va al conector no utilizado degradará el rendimiento del conector activo.

Para hacerlo correctamente, necesitas un CI multiplexor. Puedes comprar multiplexores USB2.0 diseñados específicamente para este tipo de aplicaciones, como el TS3USB30 . Eso te permitiría conectar las líneas de datos de ambos puertos a las entradas del mux, y conectar la salida a tu dispositivo internamente. El mux desconectará el conector no utilizado que desconectará los stubs de la línea de transmisión.

Para la alimentación probablemente utilizaría un multiplexor de potencia como un circuito de diodos OR-ing. La línea VBUS de uno de los puertos (antes del multiplexor de potencia) puede utilizarse como entrada al multiplexor de datos.

La tierra sería común (conectada) entre los dos puertos USB y su dispositivo.

Answer 2

El multiplexor sugerido por Tom Carpenter es una buena solución.

Pero para el USB de máxima velocidad (12 Mbps), los stubs de las señales no son especialmente importantes. Si la distancia entre los extremos de los stubs se mantiene por debajo de 1/10 de la longitud de onda, es decir, por debajo de ~2 metros, las reflexiones no distorsionarán mucho la forma de onda.

Además, los niveles de voltaje en los pines D+ y D- permanecerán dentro del rango aceptable, por lo que no hay mucho riesgo de daños electrónicos en ninguno de los dos hosts.

El principal problema que queda es que si conectas los pines de +5V de ambos hosts juntos, podría haber grandes corrientes involucradas. Podrías utilizar un diodo desde el pin +5V de cada conector USB para que sólo entre corriente, nunca salga.

Answer 3

La forma más perezosa de diseño electrónico sería simplemente utilizar un interruptor físico de varios conectores para elegir cuál se utiliza.

Ten en cuenta que esto tendría la ventaja añadida de poder dejar los dos enchufados y utilizar el interruptor para seleccionar qué entrada se va a utilizar.

Answer 4

No hay ninguna forma de hacer esto que sea compatible con USB. El USB no está diseñado para ser compartido entre dos hosts y el intento de hacerlo conducirá a situaciones potencialmente desastrosas.

En el mejor de los casos, puedes utilizar un multiplexor USB o un IC de conmutación, con GPIO para determinar qué conector está conectado. Tendrás que decidir qué conexión USB tiene prioridad, porque ambas no pueden estar conectadas a tu interfaz USB al mismo tiempo.

O buscar alternativas. Que un ordenador se comunique con el otro. O utiliza Bluetooth o usa Wi-Fi o un tipo de conexión diferente.

Answer 5

Tal vez sería más fácil dejar el conector USB en un lado de la caja y duplicar y/o reubicar todos los demás elementos orientados al usuario de forma simétrica. Así, la caja puede girarse para que el puerto USB esté orientado hacia el conector, mientras que todos los demás elementos siguen siendo convenientemente accesibles.

Otra opción es situar los dos puertos en un lado de la caja (en los extremos opuestos) y añadir un tope deslizante dentro de la caja que el usuario pueda mover para abrir un puerto o el otro. El USB de 12 MHz tiene muchas posibilidades de funcionar con un puerto extra desconectado.