4-port USB 2.0 Hub - сразу работает на 50%, еще 50% добавил за 1 час

Хаб — концентратор ввода-вывода (англ. I/O Controller Hub, ICH).
Куплен задешево, в основном, чтобы вникнуть в детали и оценить потенциальные возможности хабов вообще и приобретенного в частности.
Для тех, кого эти вопросы не интересуют, а интересует только покупка данного хаба, мой вывод:
— устройство допускает одновременную работу с 4 флешками.
— подключать внешние диски и заряжать гаджеты можно, но только с модернизацией цепи внешнего питания (если дочитаете до конца, то сможете сделать за час).
Не ошибусь, если скажу, что большинство покупателей, приобретая хаб, наивно предполагают получить выгоду в виде копии одного USB порта в несколько подобных и не задумываются, что эти копии даже в самых крутых устройствах хуже оригинала. Их может ждать разочарование.
Почему так складывается, можно узнать под катом.


Приобретенный хаб представляет из себя пластмассовую коробочку 10х3.5х2 см. Присутствуют 4 USB 2.0 порта, 4 выключателя питания портов и 4 индикаторных светодиода. На вход хаб подпаян 4-жильный USB кабель длиной 55 см. Все жилы кабеля одинаковые — по 4 нитки провода толщиной с человеческий волос. Есть разъем 3.5х1мм для подключения внешнего питания.



Нижняя пластина хаб закреплена на защелках и легко отделяется. Плата лежит на пластмассовых стойках нижней пластины.



Вся разводка выполнена на нижней стороне платы.



Плата отмыта и неравномерно покрыта лаком. Управляющий чип LG3J450A… На плате есть отверстия для четырех электролитов. На электролитах сэкономили. Защитные элементы отсутствуют. Токовые дорожки шириной от 0.5 мм и более. Схема имеет общий минус по питанию. Корпуса всех разъемов подсоединяются к общему минусу (но не пропаяны!) и держаться только за счет контактов. Это следует исправить, если использовать прибор по назначению. С другой стороны, если разбрасывать прибор на запчасти, то это даже удобно. У меня такая мысль была, когда заказывал хаб — не будет работать, так получу неплохой набор для поделок (разъемы, выключатели, кабель). Но, потом выяснилось, что не все так печально, хотя сама плата выполнена с максимальной экономией на элементах и работе.
Учитывая такую схемотехнику, решил не рисковать и первое подключение сделал не к ноуту, а к зарядному устройству. Пощелкал кнопками — кнопки работают, диоды загораются. За 10 минут никаких неожиданностей не произошло.
Нагружаю хаб по полной — 3 флешки класса 10 и жесткий диск Transcend. Подключаю хаб к USB ноута с напряжением холостого хода 5.12 В.



В файловом менеджере вижу 3 флешки — это хорошо. А внешний диск не определился — это плохо и есть повод для разбирательства.
Свое любопытство удовлетворяю четырмя тестами со своими выводами.

Тест 1.

Анализирую состояние цепей обмена данных.
Подключаю 3 флешки класса 10 и жесткий диск Transcend. Ток от ноута 0.6 А, напряжение на входе USB портов хаб 4.40 В. Флешки определяются и работают. Ток, потребляемый флешками не превышает 0.06 А. Подводимая мощность 0.6 х 4.40 = 2.65 Вт. А потребляемая одной флешкой мощность равна 0.26 Вт. Как видим, запас по мощности почти 10-кратный, поэтому проблем с питанием флешек нет. Но не забываем, что при совместной работе четырех флешек мы получаем четырехкратное снижение скорости передачи данных.
Сразу проверяю скорость чтения/записи флешки ноутом без хаба и с ним.





Здесь все в порядке — потеря на записи всего 0.4МБ/c. Чтение/запись файла 4Гб между парой флешек дает значения 14/8 МБ/c. Для двухканального обмена данными результат ожидаемый, и, по логике, при совместной работе четырех флешек мы получаем более, чем четырехкратное снижение скорости передачи данных. Такие реалии тиражирования USB портов и они могут многим не понравиться.
Если говорить о полученном из теста результате, то делаю первый вывод — канал передачи данных функционирует нормально даже при напряжении 4.4 В. В этой части хаб работает.

Тест 2.

Анализирую, почему не определяется жесткий диск.
Подключаю только жесткий диск. Напряжение на входе USB порта хаба 4.5 В. Ток через диск 0.27 А. Диск не определился. Вероятно, при таком напряжении и не стоило ожидать другой результат. Диск не флешка. Он не всегда запускается даже при прямом питании от компа. К нему в качестве подстраховки прилагается Y кабель, чтобы подключаться по питанию к двум портам. Попробую внешний источник питания, может подниму напряжение.
Подключаю павербанк к вводу внешнего питания хаба. Напряжение на входе USB порта хаба поднялось до 4.75 В. Ток через диск по-прежнему 0.27 А. Потребляемая диском мощность 0.95 Вт. Но диск не запускается. Это уже никуда не годится. Неужели можно ставить крест на возможности подключения жестких дисков даже при внешнем питании?
У меня диск запускается при прямом подключении к ноуту, поэтому есть возможность оценить, какую мощность ему необходимо подводить для нормальной работы. Подключаю, делаю замеры:
напряжение 5.03 В, пусковой ток 0.6 А, рабочий ток 0.47 А. Т.е., необходима подводимая мощность 3 Вт, а никак не 0.95 Вт, которую предлагают хаб и павербанк.
Вывод напрашивается сразу — есть проблема с рассеиванием мощности внутри хаба. Нужно разобраться с сопротивлениями цепи питания USB портов.

Тест 3.

Анализирую распределение сопротивлений цепи питания.
Разбираю хаб, чтобы получить доступ ко всем элементам схемы, запитываю его от блока питания током 0.9 А, делаю контрольные замеры напряжений и рассчитываю сопротивления элементов цепи. Результаты представлены на схеме.


Смотрим слева направо на зеленые стрелки:
— Сопротивление USB разъема и 0.5 м кабеля — 0.44 Ом (печаль — у «нормальных» кабелей оно в 3 раза меньше и поэтому не удивительно, что их делают к тому же в 2 раза короче).
— Сопротивление цепи питания хаба (дорожки 10 см + выключатель) — 0.77-0.44 = 0.33 Ом. Плохо, нужно уменьшать, поскольку здесь кроется также причина отказа запуска жесткого диска от внешнего источника питания.
— Сопротивление USB контакта 0.94-0.77 = 0.17 Ом. Тут ничего не поделаешь.
Приведенная схема позволяет делать расчеты различных режимов эксплуатации хаба.
Например, расчет показывает, что даже если бы удалось вдвое уменьшить сопротивление цепи USB ноута — кабель — включатель — USB порт хаба (что непросто), то при токе от одиночного USB порта компьютера 0.5 А, просадка напряжения на хабе будет 0.24 В. В этом случае на выходе получим 4.76 В или 2.38 Вт, что недостаточно для запуска жесткого диска без внешнего питания.
Поскольку вдвое уменьшить сопротивление всей цепи питания практически маловероятно, то делаю «безнадежный» вывод — при подключении через свой кабель данный хаб не позволяет запускать внешние жесткие диски и заряжать гаджеты.
Во втором тесте мне не удалось запустить жесткий диск даже при подаче внешнего питания, что по началу вызвало удивление. Почему павербанк не смог предоставить нужную мощность жесткому диску? Теперь пришла очередь для проверки цепи внешнего питания. Подозрения вызывают входной разъем 3.5 мм и включатели. Провожу новый тест.

Тест 4.

Вношу изменения в схему питания хаба от внешнего источника.
В цепи внешнего питания есть 2 элемента, которые ведут себя непредсказуемо. Это хлипкий 3.5х1 мм разъемчик (Р) и замыкающий цепь включатель (К), на которых из-за плохих контактов возникают перепады напряжения. Шатаю штекер разъема — напряжение меняется. Замеряю сопротивления замкнутых включателей. Вместо ожидаемого нуля, получаю значения от 0.1 до 0.7 Ом. Принимаю решение подавать питание непосредственно на контакты двух USB портов в обход этих элементов через кабель с сечением жил 1 квадратный миллиметр. К кабелю подпаиваю надежный USB разъем (папа), чтобы иметь возможность коммутироваться с павербанком и зарядками. Подключение кабеля показано на схеме внутри хаба штриховыми синими линиями.



Выполняю запуск жесткого диска через хаб. Диск определился! Добавляю еще 3 флешки — все работает штатно.
Теперь с внешнем питанием я могу подключать к хабу как жесткие диски, так и гаджеты на подзарядку.
Что я не рискнул сделать, так попробовать подключать внешнее питание хаба от сетевого блока. По логике, если корпус USB порта соединен с общим проводом, то напряжения межжу сетевым БП, хабом и ноутом должны выравниваться уже на этапе втыкании USB штекера. Я проверил у ноута — там тоже корпус USB соединен с общим проводом. Но, повторяю, не рискнул, и пользовался только павербанком, хотя это не совсем удобно при наличии парка зарядок. Хотелось бы получить дельный совет по этому поводу.
Оглядываясь на проведенную работу, вижу, что делов-то было на полчаса работы — открыть гаджет и подпаять надежный кабель с хорошим разъемом. Работа мелкая, гаджет дешевый и, по большому счету, он мне не очень нужен, но, как говорится, важен сам процесс. При восстановлении любых приборов я получаю больше удовольствия, чем от их покупки, когда «купил и забыл». Я удовлетворил любопытство и заодно что-то почерпнул для себя.
Извините, если что не так.