Adaptateur de mesure: USB Test du courant et des signaux des ports USB

Lorsque des périphériques connectés à un PC présentent des dysfonctionnements ou un comportement instable, une analyse approfondie du port USB – allant au-delà du simple changement de câble ou d’ordinateur – peut s’avérer bien plus pertinente. L’adaptateur compact présenté ici permet l’insertion d’une sonde d’oscilloscope directement sur la ligne USB, offrant ainsi la possibilité de mesurer le courant et de visualiser la communication USB.

Cet article décrit un outil compact et pratique pour effectuer des mesures sur les connexions USB 2.0. Les principales fonctionnalités sont :

• Mesure statique et dynamique du courant d’alimentation des périphériques connectés.
• Alimentation directe des périphériques via l’adaptateur.
• Évaluation simplifiée de la qualité du signal sur les lignes de données haute vitesse.
• Deux LED indiquent la présence de l’alimentation 5 V, côté PC et côté périphérique.

Circuit

La figure 1 présente le schéma relativement simple du circuit. La figure 2 montre la disposition compacte du circuit imprimé de l’adaptateur. Les fichiers de routage sont disponibles en ligne. La carte assemblée (figure 3) ne comporte pas la diode D1. L’interface avec le PC se fait via le connecteur J1 via un câble USB-A vers USB-B. Le périphérique se branche sur J2, un port USB type A.

Le courant consommé est mesuré par la tension aux bornes de la résistance shunt R3 via le connecteur JP3. Pour des mesures statiques, un simple multimètre suffit (généralement en millivolts). Pour observer des variations rapides de courant, on connecte un oscilloscope à JP3 — de préférence avec une sonde de courant dédiée. Deux projets de sondes de ce type, permettant des mesures rapides avec isolation galvanique, ont déjà été publiés dans Elektor.

Le brochage de JP3 permet le branchement direct de ces sondes. La figure 4 montre l’adaptateur USB avec la sonde de courant 2.0 connectée. La figure 5 illustre le profil de courant d’une clé Wifi USB, qui consomme souvent des courants élevés, provoquant parfois l’arrêt de petites alimentations 5 V.

Le cavalier JP1 permet d’isoler la ligne d’alimentation 5 V entre l’hôte (J1) et le périphérique (J2). Dans ce cas, l’alimentation externe du périphérique peut se faire via le connecteur X1 — une solution idéale si la consommation du périphérique dépasse ce que peut fournir le port USB du PC. Les ports USB 2.0 sont limités à 500 mA, une valeur qui peut déjà entraîner des instabilités sur certains périphériques.

La diode Zener D1 permet de limiter les surtensions (jusqu’à claquage), mais assure aussi une protection contre les inversions de polarité grâce à sa diode interne. Il s’agit toutefois d’une protection élémentaire et temporaire. Il est essentiel de vérifier que la tension de sortie d’une alimentation de laboratoire reste inférieure à la tension Zener de D1. Les LED1 et LED2 indiquent la présence du 5 V côté hôte et côté périphérique.

Signaux de données

Pour évaluer l’intégrité des signaux de données, on peut connecter un oscilloscope rapide équipé d’une sonde adaptée au connecteur JP2. Une sonde différentielle active compatible a également été décrite dans Elektor. La figure 6 montre cette sonde branchée à l’adaptateur USB. La figure 7 présente les signaux observés sur un oscilloscope de 350 MHz.

Cet adaptateur de mesure USB n’est pas limité à l’USB 2.0 : il est possible de l'utiliser pour analyser des périphériques plus lents, compatibles avec les signaux USB 1.0 et 1.1. L’auteur précise qu’un nombre limité de cartes non peuplées est encore disponible.

Note de l'éditeur : Cet article complet (240175-04) est publié dans Elektor Circuit Specail 2025.

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