1 簡介
USB是通用串行總線(Universal Serial Bus),其主要的特點是高速、靈活。USB的發展歷史可追溯到1996年,隨著時間的推移,USB的速率逐漸提高,現在USB 3.1最高的速率可達 10Gbps 。具體的發展歷程見下表:
版本 | 最大傳輸 | USB名稱 | 供電能力 | 推出時間 |
---|---|---|---|---|
USB 1.0 | 1.5Mbps | Low Speed | 500mA | 1996年01月 |
USB1.1 | 12Mbps | Full Speed | 500mA | 1998年09月 |
USB2.0 | 480Mbps | High Speed | 500mA | 2000年04月 |
USB3.0 | 1.5Gbps | Super Speed Gen1 | 900mA | 2008年11月 |
USB3.1 | 10Gbps | Super Speed Gen2 | 900mA | 2013年08月 |
2 USB設計說明
- USB是如何識別主機還是從機?
USB電路是有主從之分的,那么在物理層又是如何實現的。USB連接器上有一個USB_ID的引腳。 對于Host設備,USB_ID引腳拉低 ;對 應Device設備,USB_ID引腳置高或者懸空 。
- 如何實現高速模式與低速模式?
USB2.0的工作模式由高速模式和低速模式兩種。當USB為Host時,D+、D-上分別接一個15K的下拉電阻,這樣可以使得在沒有設備插入的時候,D+、D-上始終保持低電平;當USB為Host時,D+和D-那么如何設計高速模式和低速模式,詳情配置見下:
- 高速模式 :D+被拉高,D-保持不變。
- 低速模式 :D-被拉高,D+保持不變。
- 如何識別是USB2.0還是USB3.0?
插入電纜后等效電路可以看成一個RC回路,而RC回路有一個重要特性,就是時間常數,這個常數就是R和C乘積,也是影響充放電特性。
可以看出,插入和拔除電纜,將Vo充電到特定的電壓,則插入電纜后,充電需要的時長增加了。電腦的USB 3.0主機就是根據這個特性探測到U盤是支持超速特性的,否則插入電纜前后如果充電到電壓VO沒有時間變化的話,電腦就認為是高速ü盤,而不是超速U盤了。
3 USB電路設計
- USB連接器
USB2.0內部塑料是白色;USB3.0內部塑料是藍色。
- 共模電感L2 :濾除共模干擾。
- TVS管D1、D2、D3 :防止靜電損壞板卡上的電子器件。
- 濾波電容C1、C2 :給干擾提供一個低阻抗的路徑。
- USB3.0電路
USB3.0信號包含 一組低速差分信號 、 兩組高速差分信號 、 一組電源信號 (5V電源+GND,通常需要連接電源開關),詳情見下:
- 電源開關電路
USB的電源設計也是十分講究的,USB 2.0采用5V電源供電,電流為600mA,該電源需要使用電源開關與板載的5V隔離開,此處我們選用的電源開關是TPS2065CDGN具體電路見下:
該型號是高電平使能,我們可以直接將Control Sinnal 連接到Fault Signal。當電流過大時,Fault Signal拉低,芯片失能,芯片輸出關閉。
3 USB HUB電路設計
此處介紹兩種USB HUB相關電路,分別是RTS5489-GR和RTS5411S-GRT。需要電路的同學可隨時私聊我。
- RTS5489-GR HUB電路設計
- RTS5489-GR核心部分
RTS5489-GR有一個USB3.0上行接口、四個USB3.0下行接口,配置使用I2C接口。
- 電源部分
供電采用3.3V,其它所需電源軌可通過內部LDO轉換得到。
- 自檢電路
- 晶振電路
- 配置電路
- Flash電路
這部分電路可以不使用,具體得看需求。
- RTS5411S-GRT HUB電路設計
- RTS5489-GR核心部分
RTS5489-GR有一個USB3.0上行接口、四個USB3.0下行接口,配置使用I2C接口。 - 電源部分
- 自檢電路
- 晶振電路
- 配置電路
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