【原创】破除迷信，解密双头USB线的前世今生

newcathay

自从最早一篇分析USB线材的文章到“黑金”系列线材的拆解以来，一直有人问我们为什么不出双头线，而且比较普遍的都认为要带动移动硬盘，双头线是最保险的。其实，这是一种错误的观点。不过要讲清楚这个问题，就要涉及到USB协议的规定和和USB接口设计的发展了！

上图就是我们常见的双头线了，双头线的基本结构就是在正常的USB线的基础上，再从接机算机的A公头1上延伸出一个A公头2，可插在另一个计算机上的A母插座上。大家要注意一点，这里的延伸出去A公头2是从A公头1上延伸出去了也就是说其电源通路是先到1的焊点再进入原来的线内的，这点很重要，在后面我们还要谈到。这段延长线里和普通的USB是不同的，里面只有两根线，即两根电源线。按照一般的想法，多一个专门的取电头，取得的电力自然是原来的一倍有多了。这种观点正确与否，我们下面来一步步分析！
还管是在USB1.1，还是是USB2.0的协议中，都提到了一个最大供电电流的限制，如下图

这就是大家常说的USB最大电流的理论来源，在最初的USB的电源设计中，厂家都是中规中矩的按照USB协议规定的500mA来限制了，在这种情况下，也出现了一批USB专用的电源管理芯片，如AIC1526/LM3526/MIC2026/MIC2526这类的芯片，他们的一个典型的特点就是保证500mA的最大通电电流，我们以MIC2526为例来看看这种芯片的基本特点：500mA minimum continuous load current per port。这就是其最重要的特点。下图为其的保护电流和时间的图：

从图中我们可以看出，当输出电流在0.95A以上，这个芯片会马上主动切断下行的电压，这个时间太短，在图表上实在看不出来，不过没关系，因为这个值的绝对大小已不重要。而现在普遍硬盘超过30G以后，其启动电流都会超过1A，所以当有这种电源管理芯片存在的情况下，较大一点的硬盘都会因为启动时要求的电流太大而不能上线。这种情况下，还根本谈不上我们在其他文章里提到过的线压降的问题，在USB提供电压这侧首先就被切断电源了。于是从这方面来看，要解决这个问题，就得想办法将一个端口的电流限制在最大500mA以内。这时候，工程师们想到了一个绝妙的主意来绕过这个问题，那就是通过两个USB端口来为下游的USB设备供电，这样，两个端口总共能提供最大1A的电流而不会引起起USB起电源管理芯片的保护动作。于是，在遵守USB的规范内，这个明显不符合USB规定的大电流USB设备的用电问题就此解决了，双头USB的供电能力强也就成为了共识！！！
USB移动硬盘和移动光驱都是带有电机的非纯电子设备，由于电机启动时的反电势造成的启动电流大，这是机械部分的天生就决定的，由于这两种设备的USB化和其应用的普及性，USB中关于最大电流500mA已变得不合时宜，这时，生产厂家为了扩大其产品的可用性和降低成本（USB电源管理芯片是很贵的），悄悄的将其USB电源管理芯片换成了可恢复保险丝PPTC，一般厂家为每个端口配了一个750的保险丝，其工作电流750mA，阈值1.5A 。这样，一般的移动硬盘就不会因为电源管理芯片切断电源而造成人为的电流切断了，这个时候了，双头的分担电流的功能其实也就变得可有可无了，至此，双头的历史史命已完成，但双头的供电能力强却已抛开了本质上原因，而单独成为了一个论断，一个绝大多数人只知结果，不知原因的论断！
USB的线阻分为两部分：线阻和线头的焊接点、接触点引入的电阻。我们来计算一下其绝对值，以市面常见能见到的最好的24/28的镀锡铜线（当然不能和20/28的“黑金”线比，但我们这里说得是常见，所以就不提“黑金”），从前文“小东西，大文章-USB 线缆分析” （http://www.newcathaytech.com/node/21），我们可看到一些测试数据，以1A电流下30cm和150cm的压降数据构成一个二元一次方程 0.3x+y=0.26， 1.5x+y=0.49， 其中x 为电阻率，y为接头电阻，解出来，接头电阻为0.2欧。由于是两个接头，所以每个接头的电阻大约为0.1欧。
为什么要算这个值呢，那是因为这个对分析双头线有很大用处。电流嘛，总是要找最短，最低阻抗的路径来传输，相对于普通的单头线，双头线的电流又多了一个，这样，头1和头2各分担了约1/2的电流，那么，在头1的焊点处，相对于普通的单头线，其线头压降也就降了一半。如果在1A的情况下，单线头的压降为0.1V，那个双头，就是0.05V。至于正常的那段线，双头和单头是一样的，所以该多大的电阻和压降，那也就是一样的，也就是说，在现在这种情况下，单头和双头的差别也仅在于这个线头上的一点压降而已！所以，在现有的普遍采用以PPTC作为保护的USB供电电路的情况下，双头基本上已成为一个噱头而已，其所带来的成效想象远大于真实的效果！
关于USB供电的分析和带动移动硬盘的重点请参见前文“USB口带动移动硬盘的问题”（http://www.newcathaytech.com/taxonomy/term/2）
关于黑金线的介绍，请参见“拆解正德诚技术“黑金”　20/28 USB线缆”（http://www.newcathaytech.com/node/35）
那么，怎样能真正解决移动硬盘的供电问题呢，很简单，加粗供电电路。有两种方法可取得相似的效果，一个是单USB线，但电源线很粗，比如AWG24/AWG22，甚至AWG20的线；另一种呢，就叫USB电源线，见下图，

这才是真正的提供了双通道供电减少线压降。当然，这种解决方案是基于目前普遍的移动硬盘双电源不隔离才能实现的，要是双电源隔离了，这种方案也是行不通的，而且这个方案也受限于USB线材的好坏，如是里面是铁丝，那就是扶不起的阿斗，这个办法也行不通！
当然，用外接电源供电，当然更没有问题了，呵呵！

guanger

用山寨usb卡配你的黑金线吧。
一派胡言！
笔记本和原装机，还有正规的usb卡，哪个不带管理芯片的？

ZiDing

我的移动硬盘，都要两根线

newcathay

QUOTE:

Posted by guanger on 2009-2-20 17:36
用山寨usb卡配你的黑金线吧。
一派胡言！
笔记本和原装机，还有正规的usb卡，哪个不带管理芯片的？

哦，是嘛，请问您拆过几台机器，这么确定，能否把您知道的用电源管理芯片的机器型号写出来，大家看看！

newcathay

QUOTE:

Posted by guanger on 2009-2-20 17:36
用山寨usb卡配你的黑金线吧。
一派胡言！
笔记本和原装机，还有正规的usb卡，哪个不带管理芯片的？

关于USB供电的基本情况，已在 "关于USB口带移动硬盘的的那点事儿"http://www.ibmnb.com/thread-759429-1-1.html 中有论述，请用事实论据多加指点！

独来独往

嗯，又学习了新知识……

zhaoyx

可是有时候确实需要2个插头才能用啊，有时插一个头就行

炎翼

就如LS所说，我的移动硬盘在有的机器上就非得两个插头都插上才能用

信仰

还没有仔细阅读，有空好好看一下。不过有时候两根线都接才能读盘倒是事实。

缘分天注定

楼主又来了……唉……

newcathay

QUOTE:

Posted by 缘分天注定 on 2009-2-23 03:05
楼主又来了……唉……

多谢楼上的支持！虽然只是“一声叹息”

zhangmh619

其实，这种双头线用在不太好的主板上最有用。考虑到主板上usb口因为负载而造成压降，线阻压降就不是那么绝对了。对于老主板、质量不好的主板，插双头作用明显

newcathay

QUOTE:

Posted by zhangmh619 on 2009-2-23 13:22
其实，这种双头线用在不太好的主板上最有用。考虑到主板上usb口因为负载而造成压降，线阻压降就不是那么绝对了。对于老主板、质量不好的主板，插双头作用明显

这个方面呢，我还是有点发言权的，因为当时是到工厂里好好请教过厂里的工程师。要说这个主板上的压降呢，就得从两个方面来说，一个是主板的USB供电电路方面，这方面呢，我已经在“关于USB口带移动硬盘那点事”
里已详细说过，这方面一般来说没啥问题；另一方面呢，就是LS说的USB口因负载造成的压降，这个说法呢，我不太同意，因为从我们的了解来看，这块并不会造成大的压降。先来说说USB口的用料，实际上为了省成本，市场上大部分差一点的主板产品所用的USB口的pin脚并不是铜的，而是铁镀金或铜（那么薄的镀层，成本是非常之低的）的，说实话，不管是铜还是铁，他们都属于良导体，虽然导电率上铜占有优势，但在这短短一厘米多一点的pin脚上，压降的绝对值差别是非常之小的，压降的大的差别要在长距离上才能体现出来，正所谓路遥知马力嘛！如果说接触电阻呢，第一，这个电流相对于接触电阻的计算来说，是相当的小的；第二呢，PIN脚表面都有镀层的，所以是很平滑的，这也是大大减小了接触电阻；第三，pin脚都是做成弹片形式的，接触点都有压力的，接触也较好，也减小的接触电阻，综上可知，这个接触电阻呢，我们在这里是可以忽略的！如果说焊点电阻呢，加工厂我是很熟悉的了，接插件这块呢，一般都还是人工焊接的，波峰焊那是国外人工成本高想出来的，在国内人工成本太低，很少有厂会用波峰焊来焊接接插件（当然，SMT元器件肯定是机贴的，这是成本、效率决定的），不要看是人工焊接，那质量也是相当的好，那些小妹一天要焊多少块板啊，焊接质量那是相当的好，我看过一个统计报告，相对于波峰焊，人工焊接接插件的故障率要小，毕竟人才是万物之灵，在这上面优势还是能体现的，呵呵。在良好焊接的情况下，焊点的电阻可忽略不计的，为啥，因为焊锡和pin脚和焊盘之间是在高温下两金属接触层生成了一层合金层，那是相当的可靠的！
所以呢，usb口带来的压降呢，实在是找不出来可以很大的地方！说USB口的负载造成压降而要用双头线，实在说不过去。
水平有限，还望大家指点！

dcboy

那就不懂为什么有些盘要用双线才能用了.不过我也遇到过这样的问题,就是本来可以用单接口就能用的盘,不知道为什么突然要用双接口才能用,电脑无变化,但是隔一段时间又正常了

信仰

还有，主板上的USB口之间是不是有相互关联？比如如果只在一个口上插移动硬盘可以带动，如果有两个口同时各插一块移动硬盘，可能会有带不动的情况？
**************
明白了，看你在文章上说：
通常USB接口的供电为一个USB Host Hub支持两个USB接口，使用同一路电源供应。主板后置（或前置）的板载USB接口如果只有两个，供电应该是取自同一路电源，无论使用一个或两个USB 设备，其总的供电电流被限制在一定范围之内，特别是在PC的电源性能较差或使用功率偏小的电源时表现更为明显。

[ Edited by  信仰 on 2009-2-24 14:06 ]

newcathay

其实呢，除了线材以外呢，另外还有一个方面，我没有说得很清楚，那就是+5V和+5Vstandby的区别，我网站上转有一篇文章这个地方讲得很清楚，不过它对线材又是一带而过，所以要两篇文章合一起看较完整能理解USB供电能力！
http://www.newcathaytech.com/node/42

lp1977

vbbb