Presentamos a continuación los esquemáticos de los puertos USB-UART y USB-OTG. Es la manera de conectar nuestra ESP32-S3 Pi Zero 2W al PC para programarla, depurar y simplemente alimentarla. Utilizamos puertos USB-C en vez de micro USB porque son más flexibles, robustos y fáciles de utilizar.

Aunque se usan puertos USB-C, las funciones que se utilizan son únicamente USB 2.0 (D+, D-, GND y VBUS).
CC1 y CC2
Para la compatibilidad USB 3.0 se necesita establecer una resistencia de pull-down de 5.1kΩ (±10%) en sus pines CC1 y CC2. Esos 5.1kΩ, conectados a GND. Identifican a la placa como un consumidor de corriente que suministra el puerto USB del PC. Existen otros valores pull-down y pull-up para CC1 y CC2 pero no son el propósito de este proyecto.
VBUS y +5V
Los pines VBUS son los pines de alimentación de la placa (5V positivos). Provienen del puerto USB del PC o de una fuente externa con USB. Los identificamos como VBUS_UART y VBUS_OTG cuando provienen de un conector USB-C.
Separamos la alimentación (VBUS_UART y VBUS_OTG con 5V) con un diodo Schottky en los dos puertos USB-C, con el objetivo de evitar el riesgo de que se conecten dos cables a la vez, en USB-UART y USB-OTG. Sin esos diodos la corriente podría fluir desde uno de los puertos hacia el otro. Esto podría dañar los puertos del PC.
Se producirá una caida de voltaje en ese diodo de aproximadamente 0,3V que deberán ser tenidos en cuenta en la entrada del regulador de voltaje LDO a 3.3V.
Se puede alimentar con votaje directo la placa desde la salida de este diodo y existe un PIN disponible a tal efecto en la placa, sin tener que utilizar un conector USB.
D+ y D-
Las líneas D+ (Data Plus) y D- (Data Minus) son las comunicaciones de los datos entre el PC el microcontrolador. A diferencia de un cable de alimentación simple, estas líneas forman un par diferencial.
USB 2.0 no envía los datos por un solo cable comparándolos con masa (GND), sino que compara el voltaje entre D+ y D-.
- Si D+ > D−, el sistema interpreta un estado lógico.
- Si D+ < D−, interpreta el estado contrario.
La comunicación mediante par diferencial se elige principalmente por su gran inmunidad al ruido. Si una interferencia electromagnética afecta al cable, lo hará en ambos hilos por igual. Dado que el receptor solo interpreta la diferencia de voltaje entre ellos, esa interferencia se cancela automáticamente, garantizando la integridad del mensaje.
Diodos TVS
Los diodos TVS (Transient Voltage Suppressor) se utilizan para proteger el circuito contra picos de voltaje extremadamente rápidos y altos, como la electricidad estática (ESD). La ESD (Electrostatic Discharge) o descarga electrostática es un fenómeno físico repentino y momentáneo, en el que la electricidad fluye entre dos objetos con distinto potencial eléctrico. Típicamente la descarga que se produce cuando frotamos la alformbra o la ropa contra la piel y la electricidad salta desde nosotros a los componenente eletronicos.
En este diseño protejemos: la entrada de VBUS-OTG y VBUS-UART junto con las entradas D+ y D-.
USB-UART

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USB-OTG

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