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電子元件

設計USB協議接口時的六個關鍵問題

  2020年08月21日  

  設計一個使用高速信號進行數據傳輸的系統有時是十分困難的,尤其是當可供選擇的通信協議十分繁多的時候。。雖然很多通信協議都是高速信號的理想選擇,但其中有一個協議特別受歡迎,那就是USB協議。它通常和游戲、汽車音響主機、PC和筆記本電腦應用聯系在一起。由于支持多種類型的數據傳輸和高功率充電,USB協議已成為一種更通用的高速數據協議、接口和電纜規范。圖1展示了USB自1998年發布以來的發展歷程。

  圖1:USB協議的發展歷程——2019年發布USB 4.0

  為了讓您了解USB協議是否適合您的系統并滿足您的高速接口需求,我們為您列出了設計師通常需要考慮的六個關鍵問題:

  1. 您的CPU或MCU的接口功能是什么?

  當使用USB時,首先需要考慮中央處理器(CPU)或微控制器(MCU)的接口能力,因為該器件是您設計中高速數據傳輸的基礎。如果您發現需要將數據從CPU或MCU傳輸到連接的外圍設備,且數據傳輸速率大于10 Mbps,USB則是一個很好的選擇。

  2. 當接口的數據鏈路缺乏可靠性時,您如何遠距離傳輸數據?

  USB可以通過現有的集成電路解決方案取代這種連接,從而擴展接口的通信能力。USB轉接驅動器有助于在遠距離傳輸時保持信號完整性。像TUSB216(USB 2.0)和TUSB1002A(USB 3.0)這樣的器件具有特定于USB協議的功能,可以簡化USB中轉接驅動器的實現。

  3. 如果您的MCU或CPU只有一個USB接口實例怎么辦?

  USB包括一種稱為USB集線器的器件,它可以輕松地將一個端口轉換為多個端口。TUSB4041I、TUSB8041A和TUSB8042A等四端口高速USB集線器有助于增加可同時使用的設備數量。

  4. 如果您的CPU或MCU接口的接口選項有限怎么辦?

  USB解決方案已經取得進展,可以轉換到其他接口,如通用異步收發器(UART)或串行高級技術附件(SATA)。USB橋接器可支持USB到UART和SATA的轉換。如果您的MCU或CPU沒有連接到UART或SATA的接口,或者對于普通的UART或SATA接口來說傳輸距離太遠,請考慮使用像TUSB3410和TUSB9261這樣的USB橋接器。

  5. 所有的USB連接都需要外部連接嗎?

  雖然在消費電子產品中到處都可以看到外部USB端口,但USB連接并不一定要在外部。如果您選擇的MCU或CPU具有USB功能,也可以考慮使用USB與系統中其他MCU或CPU進行嵌入式連接。USB有內置的數據編碼,能夠減少電磁干擾和鏈路電源管理以實現高功效。USB還為有許多低級驅動程序的客戶軟件增加了靈活性。

  6. 如果您需要的靈活性比標準USB連接能提供的高怎么辦?

  USB Type-C?協議的出現大大提高了USB的靈活性。USB Type-C可以創建充當USB主機或USB設備的外圍設備,從而使系統能夠以多種方式對不同類型的連接做出反應。USB Type-C有源多路復用器還可以確保接口配置正確,同時提供符合USB規范的信號完整性。

  TUSB542和TUSB1042I等有源多路復用器應在您的標準Type-C設計中使用。USB Type-C還有利于在同一個接口上傳輸多種類型的高速數據,如DisplayPort、高清多媒體接口、UART和其他視頻或自定義接口。TUSB1146和TUSB1064對于系統啟用其交替模式功能至關重要。

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