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USB移動基礎知識

星星科技指導員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-03-29 11:30 ? 次閱讀

USB On-the-Go (OTG) 允許兩個 USB 設備相互通信,而無需個人計算機的服務。盡管 OTG 似乎將“點對點”連接添加到 USB,但事實并非如此。相反,USB OTG 保留了標準的 USB 主機/外設型號,其中單個主機與 USB 外設通信。OTG引入了雙角色設備(DRD),能夠用作主機或外設。OTG的部分魔力在于,主機和外圍設備可以在必要時交換角色。

在OTG之前,嵌入式主機的概念已經在USB世界中確立。大多數嵌入式主機芯片不是復制內置于個人計算機中的完整 UHCI/OHCI USB 控制器和驅動程序,而是提供有限的托管功能。這使得它們更適合嵌入式環境,而不是PC具有巨大的資源和無限的驅動程序和應用軟件容量。

介紹

USB On-the-Go (OTG) 允許兩個 USB 設備相互通信,而無需個人計算機 (PC) 的服務。盡管OTG似乎將點對點連接添加到USB世界,但它并沒有。相反,USB OTG 保留了標準的 USB 主機/外設模型,其中單個主機與 USB 外設通信。然而,OTG確實引入了雙角色設備,或者簡單地說,一種能夠作為主機或外圍設備運行的設備。OTG的部分魔力在于,主機和外圍設備可以在必要時交換角色。

在OTG之前,嵌入式主機的概念已經在USB世界中確立。大多數嵌入式主機芯片不是復制PC內置的完整UHCI / OHCI USB控制器和驅動程序,而是提供有限的托管功能。這使得它們比具有巨大資源和無限容量的驅動程序和應用軟件的PC更適合嵌入式環境。

OTG 設備可能能夠或不能作為主機運行。盡管如此,大多數OTG設備很可能是雙重角色。

USB 外設

圖 1 顯示了 OTG 構建的基本 USB 外圍電路。這些示例外設以低速或全速運行,通常稱為 USB 1.1 設備。即使 USB 2.0 規范包括當前的 USB 1.1 規范并引入了第三種更高的速度,仍使用此命名法。

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圖1.USB 外圍控制器及其相關電路。

圖 1 中的控制器可能是微處理器和 USB SIE(串行接口引擎)、集成微處理器/USB 芯片或連接到 USB 收發器ASIC。總線供電外設需要一個 3.3V 穩壓器,既要為邏輯供電,又要為連接到 D+ 或 D- USB 引腳的 1500Ω 電阻提供適當的電壓。該上拉電阻向主機發出信號,表明設備已連接,并指示設備的運行速度。上拉到 D+ 表示全速;上拉至 D- 表示低速。連接的另一端(主機或集線器)在D+和D-上包含15kΩ下拉電阻,因此可以檢測到上拉電阻。最后,建議在D+、D和V上使用ESD保護電路總線引腳,因為 USB 設計為熱插拔。

如何成為房東

圖1電路僅用作USB外設。要添加OTG雙重角色功能,必須增強收發器,以允許OTG設備充當主機或外設。將以下內容添加到圖 1 中,系統還可以用作主機:

D+ 和 D- 上的 15kΩ 下拉電阻

一種在 V 上供電而不是供電的方法總線

ASIC 或控制器還必須包含用作 USB 主機的邏輯。外圍設備中缺少的一些主機職責包括:

發送 SOF(幀開始)數據包。

發送設置、輸入和輸出數據包。

在 USB 1ms 幀內安排傳輸。

信號 USB 重置。

提供 USB 電源管理。

除了需要雙重角色的外設/主機USB控制器外,OTG還需要額外的電路來支持兩種新協議,稱為HNP和SRP。

主機協商協議

OTG 雙角色設備既可以作為主機運行,也可以作為外設運行。在OTG命名法中,初始主機稱為A設備,初始外設稱為B設備。首字母這個詞很重要。連接后,OTG 雙角色設備可以使用新的主機協商協議 (HNP) 交換角色(主機和外圍設備)。國家警察提出了兩個明顯的問題:(a) 如何確定最初的作用;(b) 如何確定初始作用。以及(b)為什么需要角色轉換?

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圖2.第五個 ID 引腳確定默認主機。

電纜方向決定了初始角色(圖2)。雙角色設備使用稱為mini-AB的新插座。迷你 A 插頭、迷你 B 插頭和迷你 AB 插座增加了第五個引腳 (ID),為電纜末端提供不同的電氣身份。第五個 ID 引腳連接到迷你 A 插頭內的接地,并在迷你 B 插頭中浮動。接收接地 ID 引腳的 OTG 設備是默認的 A 設備(主機);帶有浮動 ID 引腳的器件是默認 B 器件(外設)。

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圖3.OTG 電纜向后插入。

為了理解HNP和主機/外設角色轉換的必要性,圖3中的示例顯示了兩個雙角色設備,一個PDA和一個打印機。PDA 內部有一個打印機驅動程序。如圖所示,這兩個設備使用新的OTG電纜連接,使打印機成為默認主機(A設備),PDA成為默認外圍設備(B設備)。但這種設置是倒退的。具有打印機驅動程序的 PDA 需要充當不包含驅動程序的打印機的 USB 主機。HNP不會打擾用戶反轉電纜,而是允許設備的角色自動和靜默地反轉。

會話請求協議

OTG規范向USB添加了第二個新協議,稱為會話請求協議(SRP)。SRP允許B設備請求a設備打開VBUS電源并啟動會話。

OTG會話被定義為A設備提供VBUS功率的時間。(注意:A設備始終提供VBUS電源,即使它由于HNP而用作外圍設備。)A設備可以通過關閉VBUS來結束會話以節省電源,這在手機等電池供電設備中是一個非常重要的要求。

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圖4.OTG 會話請求協議 (SRP)。

圖4顯示了一個常見的OTG應用:兩部手機連接在一起交換信息。右側電話接收電纜的迷你 A 端,使其成為 A 設備,因此默認為主機角色。左邊的電話是 B 設備,默認為外圍設備。如果不需要通過USB進行通信,A設備可以關閉V的電源總線導線,B設備可以檢測到,以便它也可以進入低功耗狀態。

現在假設左電話的用戶按下按鈕來同步地址簿,或任何其他需要 USB 會話的操作。左側手機中的“SRP 脈沖”塊首先脈沖 D+ 線,然后脈沖 V 線總線用于喚醒 A 設備的電線。(A器件可以響應D+或V??偩€脈沖。然后,A器件檢測到脈沖,使其接通V總線并啟動會話。

SRP 協議比這個簡單的插圖更復雜。例如,B 設備必須首先測量 V總線以確保會話未進行中。它還必須能夠區分經典PC或電纜另一端的OTG設備。它通過將測量的電流量輸送到 V 來實現這一點總線電線并注意產生的電壓。

會話開始后,設備可能會也可能不會使用 HNP。

OTG 收發器

現在,我們準備研究OTG收發器的要求,如圖5所示。

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圖5.OTG 收發器。

圖5系統基于圖1示例電路。ASIC 模塊也可以是具有 USB 功能的微處理器或 DSP。三個附加功能使收發器OTG兼容:

D+/D- 上的可切換上拉和下拉電阻器,允許外設或主機功能。

用于監控和提供 V 上 5V 電源的電路總線作為 A 設備,并用于監控和脈沖 V總線作為啟動 SRP 的 B 設備。

一個 ID 輸入引腳,可用作 ASIC 的輸出。

為了使該系統作為雙角色OTG設備運行,ASIC,DSP或連接到收發器的任何設備必須能夠作為外設或主機運行,并且由于HNP而動態切換角色。

大多數添加的收發器電路管理VBUS引腳,該引腳現在還必須作為主機提供8mA的5V電源,并作為外圍設備執行VBUS脈沖。模擬開關為收發器配置它必須扮演的各種角色。

審核編輯:郭婷

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