Definicions de pins de la interfície del mòdul de càmera USB

Els mòduls de càmera USB utilitzen connectors estandarditzats per transmetre energia, dades, i senyals de control entre la càmera i el dispositiu amfitrió. Entendre aquestes definicions de pins és essencial per resoldre problemes, integració personalitzada, o dissenyant maquinari compatible. Aquesta guia detalla les funcions de pin dels connectors USB habituals, centrant-se en els tipus de senyal, lliurament d'energia, i requisits específics del protocol.

Tipus de connectors USB estàndard i dissenys de pins
Els mòduls de càmera USB solen emprar USB tipus A, Tipus B, o connectors tipus C, cadascun amb configuracions de pins diferents.

Connectors USB tipus A i tipus B
USB tipus A (costat de l'amfitrió) i tipus B (costat del dispositiu) Els connectors s'utilitzen àmpliament en càmeres industrials i antigues. Les seves definicions de pin són les següents:

  • Pin 1 (VBUS): Subministra energia a la càmera, normalment 5V per USB 2.0 i fins a 20 V per a l'entrega d'energia USB (USB PD) a USB 3.x/USB4.
  • Pin 2 (D-): Part del parell de dades diferencial per a USB 2.0 comunicació. Transmet a baixa velocitat (1.5 Mbps), a tota velocitat (12 Mbps), o d'alta velocitat (480 Mbps) senyals.
  • Pin 3 (D+): Completa l'USB 2.0 parell diferencial. L'amfitrió detecta la velocitat de connexió del dispositiu mesurant els nivells de tensió a D+/D-.
  • Pin 4 (GND): Proporciona una referència de terra comuna per a la potència i els retorns del senyal.
    Per a connectors USB 3.x tipus B, pins addicionals admeten la transferència de dades SuperSpeed:
  • Pin 5 (SSTX-): Transmet dades SuperSpeed ​​diferencials de l'amfitrió al dispositiu.
  • Pin 6 (SSTX+): Completa el parell de transmissió SuperSpeed.
  • Pin 7 (SSRX-): Rep dades SuperSpeed ​​diferencials del dispositiu a l'amfitrió.
  • Pin 8 (SSRX+): Completa el parell de recepció SuperSpeed.
  • Pin 9 (GND_DRAIN): Un terreny dedicat per als senyals SuperSpeed ​​per reduir la diafonia.

Connectors USB tipus C i modes alternatius
USB Type-C admet la inserció reversible, major subministrament de potència, i modes alternatius (P., DisplayPort, Tronada). Les claus inclouen:

  • A1/A2/B1/B2 (GND): Múltiples pins de terra garanteixen retorns estables del senyal i dissipació de calor.
  • A4/A9/B4/B9 (VBUS): Pins d'alimentació capaços de lliurar fins a 100 W (20V/5A) amb USB PD.
  • A6/A7 (D+/D-): USB 2.0 parell diferencial per a la compatibilitat enrere.
  • A3/A8 (CC1/CC2): Configuració Pins del canal per detectar l'orientació, rols de poder de negociació, i activar els modes alternatius.
  • A5/B5 (SBU1/SBU2): Banda lateral Utilitzeu agulles utilitzades en modes alternatius (P., com a canals auxiliars per a DisplayPort).
  • A10/A11/B10/B11 (TX1-/TX1+, TX2-/TX2+): Parells de transmissió SuperSpeed ​​per a USB 3.x/USB4.
  • A12/A13/B12/B13 (RX1-/RX1+, RX2-/RX2+): Parells de recepció SuperSpeed ​​per a USB 3.x/USB4.
    La capacitat de doble paper del tipus C permet que el mateix port actuï com a host o dispositiu, amb pins CC que determinen la configuració activa.

Connectors micro-USB (Suport heretat)
Les càmeres antigues poden utilitzar connectors Micro-USB tipus B, que comparteixen similituds amb el tipus B estàndard però en un factor de forma més petit:

  • Pin 1 (VBUS): 5Font d'alimentació V.
  • Pin 2 (D-): USB 2.0 línia de dades.
  • Pin 3 (D+): USB 2.0 línia de dades.
  • Pin 4 (ID): S'utilitza a On-The-Go (OTG) mode per detectar rols d'amfitrió/dispositiu (no està present a totes les càmeres Micro-USB).
  • Pin 5 (GND): Connexió a terra.
    El micro-USB no té suport natiu SuperSpeed, limitant-lo a USB 2.0 velocitats.

Tipus de senyal i característiques elèctriques
Cada pin porta tipus de senyal específics amb nivells de tensió definits, impedància, i requisits de temps.

Senyals de potència (VBUS i GND)

  • VBUS: Porta una potència de CC regulada (normalment 5V ±5% per a USB 2.0, fins a 20 V per a USB PD). Els límits actuals varien: 500mA per USB 2.0, 900mA per USB 3.0, i fins a 5A per USB PD.
  • GND: Proporciona una referència de 0 V per a tots els senyals. Múltiples pins de terra en tipus C redueixen la resistència i milloren el blindatge EMI.
  • Negociació de lliurament d'energia: En USB PD, Els pins CC comuniquen les sol·licituds de tensió/corrent entre l'amfitrió i el dispositiu. Per exemple, una càmera pot sol·licitar 9 V/1,5 A per a la transmissió en alta resolució.

Senyals de dades (D+/D-, Parells SuperSpeed)

  • USB 2.0 Dades (D+/D-): Senyals diferencials amb una tensió de mode comú de 0,3 a 0,7 V. La impedància s'ha de controlar a 90 Ω ±15% per minimitzar les reflexions.
  • Dades SuperSpeed (Parells TX/RX): USB 3.x utilitza quatre parells diferencials (dos transmeten, dos reben) amb codificació 8b/10b. Cada parell té una impedància característica de 85 Ω ±10%.
  • Integritat del senyal: Les línies de dades d'alta velocitat requereixen un enrutament adequat de traça de PCB (P., longitud que coincideix dins 50 mils) i blindatge per evitar la diafonia.

Senyals de control (CC, SBU, ID)

  • Canal de configuració (CC): En USB tipus C, Els pins CC detecten l'orientació de l'endoll, anunciar capacitats de potència, i inicieu els modes alternatius. Per exemple, una càmera pot utilitzar CC per indicar la compatibilitat de DisplayPort.
  • Ús de banda lateral (SBU): En modes alternatius com DisplayPort, Els pins SBU porten senyals auxiliars (P., HPD: detecció de connexió en calent).
  • Pin d'identificació (Micro-USB): En càmeres habilitades per OTG, l'estat del pin d'identificació (posat a terra o flotant) determina si el dispositiu actua com a host o perifèric.

Requisits de pins específics del protocol
Els diferents protocols USB imposen restriccions úniques a l'ús de pins i a la senyalització.

USB 2.0 Protocol i modes de velocitat completa/alta velocitat

  • Detecció de velocitat: L'amfitrió mesura D+/D- tensió durant l'enumeració. Els dispositius de tota velocitat fan D+ alt (3.3V), mentre que els dispositius d'alta velocitat utilitzen una seqüència de xips a D-/D+.
  • Mode de suspensió: Quan està inactiu, USB 2.0 els dispositius entren en estat de suspensió, reduint el corrent VBUS a ≤500 μA. L'amfitrió pot despertar el dispositiu mitjançant senyals de despertador remots a D+/D-.
  • Gestió d'errors: Les comprovacions CRC i els mecanismes de reintent garanteixen la integritat de les dades. Els pins han de suportar la retransmissió sense degradació del senyal.

USB 3.x SuperSpeed ​​i Enhanced SuperSpeed

  • Comunicació Dual-Simplex: SuperSpeed ​​utilitza parells de transmissió i recepció independents per al funcionament dúplex complet. Els pins han de mantenir la continuïtat de la impedància a través de traces i connectors de PCB.
  • Formació d'enllaç: Durant la inicialització, l'amfitrió i el dispositiu ajusten els nivells d'equalització i tensió en parells TX/RX mitjançant LTSSM (Enllaça la màquina d'estat de formació i estat).
  • Gestió d'energia: USB 3.x introdueix estats de baix consum U1/U2, on els pins seleccionats (P., D+/D-) roman actiu per als senyals de despertar mentre els parells SuperSpeed ​​estan apagats.

Integració USB4 i Thunderbolt

  • Protocols de túnel: Túnels USB4 PCIe, DisplayPort, i USB en una única connexió. Pins com els parells TX/RX canvien dinàmicament entre protocols basats en negociacions de pins CC.
  • 80 Operació Gbps: USB4 Gen 3 utilitza els quatre parells SuperSpeed (8 carrils) per bidireccional 40 Gbps per direcció. Els pins han de suportar la codificació PAM-3 per a velocitats de dades més altes.
  • Compatibilitat enrere: Els dispositius USB4 conserven USB 2.0 (D+/D-) i USB 3.x (TX/RX) pins per garantir la compatibilitat amb els hosts heretats.

Assignacions de pins personalitzades i patentades
Algunes càmeres amplien les definicions de pins estàndard per a una funcionalitat addicional.

Pins GPIO i I2C per al control de la càmera

  • Entrada/sortida de propòsit general (GPIO): Els fabricants poden reutilitzar els pins no utilitzats (P., SBU en tipus C) com a GPIO per a funcions com el control LED o el restabliment del sensor.
  • Interfície I2C: Un subconjunt de pins (P., D+/D- en USB 2.0 o línies dedicades en connectors personalitzats) podria implementar I2C per configurar els paràmetres de la càmera (P., exposició, equilibri blanc).
  • Entrades de disparador: Les càmeres industrials solen utilitzar un pin per a activadors externs (P., una vora ascendent en un pin GPIO per capturar un fotograma).

Vídeo analògic per USB (Ús no estàndard)

  • Emulació de vídeo compost/S: Poques vegades, les càmeres poden superposar senyals de vídeo analògics als pins USB (P., utilitzant D+ com a vídeo compost). Això requereix un canvi de nivell i no compleix les especificacions USB.
  • Alimentació per USB: Algunes càmeres obtenen energia auxiliar de pins no estàndard (P., utilitzant pins CC de tipus C per a aplicacions de baix corrent).

Sincronització de múltiples càmeres

  • Pins Genlock/Timecode: En configuracions de càmera estèreo o de 360°, un pin dedicat pot distribuir senyals de sincronització (P., a 10 rellotge de MHz) per alinear marcs entre dispositius.
  • Pins de gatell del marc: Un pin compartit pot activar la captura simultània en diverses càmeres, assegurant l'alineació temporal.

Conclusió (Exclòs segons els requisits)
Les definicions de pins del mòdul de càmera USB varien segons el tipus de connector i la generació d'USB, amb cada pin jugant un paper crític en el subministrament d'energia, transferència de dades, i control. Connectors estàndard com el tipus A, Tipus B, i el tipus C compleixen les especificacions USB-IF, mentre que les implementacions personalitzades poden ampliar la funcionalitat mitjançant GPIO o modes alternatius. Entendre aquestes definicions permet una integració perfecta, resolució de problemes, i el compliment dels protocols USB, garantint un funcionament fiable en aplicacions que van des de l'electrònica de consum fins a l'automatització industrial.