基于VL813的USB3.0 4口独立电源大功率HUB - 嘉立创EDA开源硬件平台

# 基于VL813的4口大功率独立电源USB3.00-HUB *置顶：本方案过度参考[@GoodYuHuang](https://oshwhub.com/goodyuhuang)的【电路已验证】基于VL813的USB3.0-HUB设计([https://oshwhub.com/goodyuhuang/ji-yu-VL813de-USB3.0-HUBshe-ji](https://oshwhub.com/goodyuhuang/ji-yu-VL813de-USB3.0-HUBshe-ji)),G大画的资料写的非常细致，板也layout的很漂亮，还会山地渲染！感谢详细的资料让我避了不少坑.* ### ================================ ### 用了两个月不到，两台的VL813都烧了 ### 好像是因为没有加ESD保护 ### ================================ ## 1.简介 这是一个基于VL813的USB-HUB，4个USB3.0接口.特点是采用了4个USB接口都是独立的大功率LDO供电. \ 这是第一版，很顺利，上电一次点亮.传入和传出速度都可以稳定在350MBps左右.虽然没有跑满USB3.0的速度，不过我很满足了.   ## 2.背景 我是一只软狗，从两年前就开始用WTG，不过WTG对USB总线的电源稳定性要求很高，我经常需要接一大堆的设备在USB HUB上调试.USB总线电源变的很不稳定，经常蓝屏.于是就想做一个独立供电的USB，减少其他USB设备对WTG的影响. 正好，发现一个非常便宜，标称性能又爆炸的LDO，于是就很合到一起了.后来用了一下，其实表现不是很好. ## 3.省流结论 **在电源和主控都未加散热片的工况下：** + a.传输性能测速：使用移动SSD和PC的SSD进行8g文件对拷，写入和读取速度都稳定在350M/s，VL813有明显热感，当时不烫手.没有其他专业测温设备.未做多口同时读写的测速. + b.输出功率测速：带5V-2A的USB电风扇工作，持续输出电流稳定1.4A，电压掉到4.8V，工作不到20s，自动跳过热保护断电，手烫熟了. 数据传出：  数据传入：  ## 4.系统架构 + 本方案过度参考@GoodYuHuang的【电路已验证】基于VL813的USB3.0-HUB设计(https://oshwhub.com/goodyuhuang/ji-yu-VL813de-USB3.0-HUBshe-ji),G大画的资料写的非常细致，板也layout的很漂亮，还会山地渲染！感谢详细的资料让我避了不少坑. + 在G大的方案中，使用了VL160进行了正反切换，由于我缺乏相关的专业知识，想了好久的为什么要做正反切换，查了好多资料，也去了解过其他厂商有没有类似的芯片和方案.最后也是没搞明白，同时VL160好像不好买，那个24Pin的USB Type-C接口也不好焊.于是就直接放弃了使用USB Type-C接口的方案，采用USB Type-A接口作为输入接口. + G大电源电路采用了VBUS + USB Type-C 6P接口进行切换供电的方案.这里我也改成了独立LDO供电方案.不过这里建议如果同意有大功率需求的，还是老老实实用DCDC，这个花里胡哨的LDO的方案不好使呀. 具体实现方案如下：  ## 5.注意事项： + a. 主控VL813在TB买很便宜，12块一颗，整了两颗都没翻车. \ + b. 规格书说的USBHMBRn和USBHGRNn说的For LED要外部下拉100K的电阻，我以为是和LED串100K的电阻，我也疑惑半天，100K啊亮个鬼哦，结果果然不亮，改成1K就好了.还是要认真看规格书. \ + c. USBHGRNn好像是过流指示灯，引出来了，好像需要和USBHOCn配合使用的？没看懂是怎么用的，USBHOCn直接接到VCC3.3了，也没见他亮过. \ >引用 >*在[fanbinjim](https://oshwhub.com/fanbinjim?tab=home&page=1)的开源项目 [VL822_Hub](https://oshwhub.com/fanbinjim/vl822_hub)中发现了这个USBHOCn的具体用法，需要搭配电源开关芯片，如案例中用的SY6288，芯片内部集成电路报警功能，当电路超过芯片阈值时，SY6288开漏输出的OCB引脚会将USB-HUB上拉输入的USBHOCn引脚拉低，USB-HUB芯片获取到过流报警信号，再通过USBHPEn引脚控制SY6288的EN引脚将电源关断，实现过流保护功能.具体电路还需要参考[fanbinjim](https://oshwhub.com/fanbinjim?tab=home&page=1)的 [VL822_Hub](https://oshwhub.com/fanbinjim/vl822_hub)设计.* > + d.VL813内部集成了5V to 3.3V和5V to 1.2V的LDO，不需要外加，输入电源直接是5V的就可以了，不过据说，外加3.3V电源会分担VL813的一部分发热量，外加的话好像需要引脚配置还是寄出去配置. \ + e. 芯片是傻瓜式的，直接电路搭起来就能跑，不需要配置寄存器.哪里整个SPI来配置，所以配置些什么内容就直接没看了.非常友好. f.VL813需要做好散热，底下的PAD多打孔呀. \ + **g. 我量了一下G大的PCB的差分线对的线宽是8.64mil，算了半天两层板厚度是1mm做90欧姆的阻抗匹配为什么是8.64mil，最终摸索了出来，具体配置是，板层 2，厚度 1mm，外层铜厚 1oz，需求阻抗90Ω，阻抗模式 共面差分阻抗，线距 5mil，阻抗线到铜距离 6mil. 算出来的线宽就是8.64mil了.JLC打双层板好像不能指定板材和提阻抗匹配需求，正好做4层阻抗匹配是真的贵，既然G大做出来了，两层就两层.** \  + h. 之前不知道哪里看的资料说USB3.0的差分对线长不能超过1800mil，而且看了一下其他别人的方案，还真的没有超过1800mil的，但是我真的走不到啊，铁了心打一版，超了也是能用的，也没发现有什么不良反应. \ + i. 这个叫LM1084的LDO是真的敢，我以前见过最大的LDO也就3A的，他标称可以跑5A，于是我就试试，4路5V5A的LDO，整了个72W(没想过真跑满100W)的DC电源过来供电.结果就是到1.4A过热保护了，~~后面准备加散热片，估计散热片还不行，的上主动散热把他压的住125摄氏度才能跑满5A，这个我倒是真的想试试.花里胡哨.~~ ，加了纯铜的散热片了，虽然没有用上相变导热硅胶贴，只用了店家送的不知道什么贴纸.但是跑同样的实验，我的手还是被烫飞了.热量可能不是全部，但应该非常足够且充分的传导到散热片了，当时电流还是到1.4A坚持不到20s.我猜是彻底没救了，还是真的理论算一下，标称25W的功率，有7/12都用来发热了，14.6W，满负荷4颗差不多60W的热量，那得上CPU的散热器才能压的住吧？？？我当时设计的时候到底在期待些什么？？所以还是不折腾这颗LDO了，其他三颗的散热片也不贴了，纯铜的得两块多一颗呢，别浪费钱. >*这里不得不感谢一下店家的好客和热情，买了16颗小的散热片，发货的时候居然悄悄的还给我送了两颗硕大的散热器！您的恩情我下半辈子都会铭记在心的！大散热器我很想装上去给LDO试试的，不过电容抵挡住了* > + j. 在USB downstream数据线中，SSTX需要加隔直电容，多方确认，就是100nF.upstream数据线中的SSRX却没有加，不知道为什么，还是在PC端加了？ + k. 设计中的USB Type-A连接器的过流能力只到1.4A，大于1.4A会发生什么，目前还没看见 \ 以上全部. ## 6.费用 + PCB 费用：54.14元； \ + SMT 费用：247.09元（其中包括物料费60元，换料费80元）懒； \ + TB 物料费：24元（VL813 x 2）； \ + 骚气的外壳费：117.7元（180x45铝型材外壳57.7元，挡板的亚克力定制两套60元，这里亚克力定制肯定是被人宰了）； ## 7.外壳 本来这一个版本的PCBA只是做试验版本，用于验证VL813和LM1084，然后再做一个更小型更正经的HUB,没想到这个版本就表现很好，甚至都没有需要必须更改的地方，就不舍得丢一边了。用起来那不得整个外壳。 考虑过用3D打印，做外壳，但是之前做了个交换机的外壳，感觉比较软，而且3D打印的材质热变形温度便宜的都是50-60度左右，好像还阻燃。所以还是选了个铝盒。 就再TB上面逛街，找了个尺寸比较接近的盒子选一个何时的长度，不过PCB尺寸肯定就不能非常好的卡在铝壳上面，于是加了个亚克力做的底板，PCB固定在亚克力底板上，然后底板再卡在铝壳上。再根据PCBA的3D模型定位出前后挡板的开孔。用半透的黑色亚克力做了前后挡板。不过定位做的不是很理想，元器件焊接的时候也焊歪了，所以处理的并不是很理想。也就，能装上去，接口露出来，这样的一个水平。 这是做出来的效果图    开孔定位是在LCEDA导出来STP，然后导入到Solidworks定位出的开孔。然后出DWG图纸去TB找搞亚克力的加工。亚克力模型和DWG图纸在附件里面都有。 铝壳是在广州永锢买的 “180\*45铝型材外壳采集器防摔” 长70mm。   ## 8.展望 + a.后面散热做好后会再做传输性能测速，USB3.2接口传输性能测速. \ + b.后面会再做个骚气的外壳. \ + c.不打算再优化这个版本了，把目光盯上了VL822，VL822支持USB3.2，才和VL813查几块钱，早知道一步到位啊. ## 9.附件 + 关于做LDO电路输出能力测试的小视频，视频可以看到电路稳定在1.4A左右，然后LDO突然掉电。 + 亚克力打固定孔的小视频。 + 关于前后挡板和支撑底板的模型文件和DWG图纸，如果有兴趣打的话，**！！！切记，底板厚度一定要是2mm！！！**。