USB相關(guān)知識(shí)講座

1、usb相關(guān)知識(shí)講座 說(shuō)到usb，在座的各位同仁應(yīng)該都不陌生，之前我也是使用一些usb產(chǎn)品，但自從我們公司開(kāi)始重新開(kāi)發(fā)mp3數(shù)碼隨身聽(tīng)產(chǎn)品后，對(duì)usb的了解才比較全面一些，但由于我是硬件出身，對(duì)軟件方面了解得不多，因此本節(jié)課的重點(diǎn)在于usb的一些基本知識(shí)。一、usb相關(guān)知識(shí)1、 usb簡(jiǎn)介可以說(shuō)現(xiàn)在usb接口是目前大家使用最頻繁的接口，而且是愈來(lái)愈有把所有接口都淘汰的趨勢(shì)?，F(xiàn)在打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、u盤(pán)（閃存盤(pán)）、mp3player、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、外置光驅(qū)、移動(dòng)硬盤(pán)（外置硬盤(pán)）都使用了usb作為于計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)的接口；以往大家使用usb接口的存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，主要的原因是它隨插即用、內(nèi)含5v電源的便利特性。

2、但隨著u盤(pán)、mp3播放器，甚至mp4等產(chǎn)品的內(nèi)存容量加大，與usb硬盤(pán)外接盒、usb光盤(pán)外接盒的普及，大容量的usb存儲(chǔ)設(shè)備的使用已經(jīng)十分普遍。 雖然2000年4月時(shí)，usbif（usbimplementforumusb執(zhí)行委員會(huì)？）就已經(jīng)制定出usb2.0，現(xiàn)行市面上大部分計(jì)算機(jī)周邊產(chǎn)品也都使用了usb2.0接口，但仍有不少產(chǎn)品仍然采用usb1.1規(guī)格，這就給我們的選購(gòu)帶來(lái)了不少麻煩。 現(xiàn)在，經(jīng)常存取動(dòng)輒3、4g硬盤(pán)數(shù)據(jù)的玩家，逐漸開(kāi)始重視usb1.1與usb2.0的速度差異。畢竟，usb2.0的傳輸速度是480mbps，但usb1.1的傳輸速度只有12mbps，每秒的傳輸速度差距高達(dá)40倍

3、，在時(shí)間就是金錢(qián)的時(shí)代，效率分外重要。usb是通用串行總線（universal serial bus）的英文縮寫(xiě)，它是通過(guò)pci總線和pc的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。usb同時(shí)又是一種通信協(xié)議，他支持主系統(tǒng)(host)和usb的外圍設(shè)備(device)之間的數(shù)據(jù)傳送，在usb的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，每個(gè)usb的系統(tǒng)有且只有一個(gè)host，因此，很多的朋友問(wèn)我是否可以將兩臺(tái)pc的usb口通過(guò)a-a頭連接起來(lái)，是否可以實(shí)現(xiàn)通信，這樣是不行的，因?yàn)閷?duì)于電腦主板上的usb設(shè)備，都是host,如果連起來(lái)就是兩個(gè)host的通信，這樣一來(lái)的一個(gè)usb的系統(tǒng)有了兩個(gè)的host，與它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議沖突。anchorc

4、hip出了一個(gè)可以直接連接的設(shè)備(好象是an2720sc)，實(shí)際上是一個(gè)由兩個(gè)背靠背的usb的device組合起來(lái)的一塊芯片；2、usb接口的分類(lèi) 按照以前的說(shuō)法，有usb1.0、usb1.1和usb2.0三種接口方式，不過(guò)據(jù)稱usb協(xié)會(huì)在2004年年底重新命名了usb標(biāo)準(zhǔn)：將usb1.1的說(shuō)法徹底取消了，所有的接口都統(tǒng)稱usb2.0接口，現(xiàn)在的usb2.0標(biāo)準(zhǔn)按速度劃分為三大類(lèi)，具體的分類(lèi)是： usb2.0 high speed：理論速度是480mbps，對(duì)應(yīng)之前的usb2.0； usb2.0 full speed：理論速度是12mbps，也就是過(guò)去的usb1.1；usb2.0 low sp

5、eed：理論速度是1.5mbps，這個(gè)一般用于鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等對(duì)速度要求不高的外部設(shè)備?，F(xiàn)在還有一種usb otg，原來(lái)說(shuō)是usb 2.0 的補(bǔ)充規(guī)格，也有人說(shuō)是usb2.0的加強(qiáng)版，因?yàn)榫哂衞tg功能的usb對(duì)我們的使用非常方便，而目前一般的便攜設(shè)備上出現(xiàn)的還不是特別多，后面專(zhuān)門(mén)介紹一下。 3、usb接口的傳輸速度連接類(lèi)型傳輸速率 (兆位/秒)串口.92 mbps標(biāo)準(zhǔn)并口.92 mbpsusb 1.0/1.11.5 mbpsusb 2.0 全速12 mbpsecp 并口24 mbpsieee1394 (firewire)400 mbpsusb 2.0 高速480 mbpsbps指得是 位每秒，如

6、一首4分鐘長(zhǎng)128kbps的歌曲大小為：4*60*（128kbps/8）/10243.75musb接口支持1.5mb/s(低速)、12mb/s(全速)和高達(dá)480mb/s(usb 2.0規(guī)范)的數(shù)據(jù)傳輸速率，扣除用于總線狀態(tài)、控制和錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)等的數(shù)據(jù)傳輸，usb的最大理論傳輸速率仍達(dá)1.2mb/s或9.6mb/s，遠(yuǎn)高于一般的串行總線接口。例子：目前市場(chǎng)上mp3播放器的接口都標(biāo)明的是ubs2.0了，一些mp3播放器在包裝盒上標(biāo)明“usb2.0 high”，有的標(biāo)明“usb2.0 full”，而有的mp3則標(biāo)的是“usb2.0，480mbps”，這顯然比較含糊，很容易蒙蔽消費(fèi)者。實(shí)際上在

7、使用過(guò)程中可以看出，當(dāng)寫(xiě)入的歌曲容量不大時(shí)，采用這兩種usb2.0接口的mp3的寫(xiě)入時(shí)間相差還不很大，但當(dāng)寫(xiě)入的歌曲容量較大時(shí)，寫(xiě)入的時(shí)間差別就比較大了。如果用700kb/s甚至是300kb/s的速度來(lái)寫(xiě)入大容量文件的話，等待的過(guò)程是漫長(zhǎng)的。 曾經(jīng)有人專(zhuān)門(mén)測(cè)試過(guò)usb1.1與usb2.0的傳輸速度，使用windowsxp操作系統(tǒng)，主板支持usb 2.0，且所有驅(qū)動(dòng)程序都已安裝成功，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示usb1.1的閃存盤(pán)，每秒的讀取速度頂多只有1,000kb/sec；而usb2.0的閃存盤(pán)，每秒的讀取速度卻可超6,000kb/sec。4、影響mp3的usb接口速度的因素（下面說(shuō)的usb2.0均指高速版

8、的usb2.0） 1.主板是否支持usb2.0，電腦配置的高低對(duì)傳輸速度的影響可以忽略不計(jì)。 2.不同版本操作系統(tǒng)以及主板usb2.0驅(qū)動(dòng)版本。windows 98以下的版本及wiindows nt都不支持usb2.0，對(duì)usb2.0支持得最好的是windows xp sp1及以上版本。 3. mp3播放器采用的芯片也會(huì)影響傳輸速度。采用“炬力方案”的mp3的傳輸速度就比較慢；而采用telchips、sigmatel、philips這些芯片的mp3，傳輸速度明顯有一定的提升。并且采用不同型號(hào)芯片的mp3的傳輸速度也有差異，比如sigmatel 3520 支持usb 2.0 high speed

9、，sigmatel 3502就只支持usb 2.0 full speed，炬力 atj2085支持usb2.0 full speed（現(xiàn)在有不少低價(jià)mp3都是采用的這款芯片）。 4.mp3播放器的存儲(chǔ)介質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，采用硬盤(pán)存儲(chǔ)介質(zhì)的mp3的傳輸速度，比采用閃存存儲(chǔ)介質(zhì)的mp3要快一些。 5.mp3播放器的固件。在同一臺(tái)電腦上拷貝歌曲，即使采用同樣的芯片和介質(zhì)，mp3的傳輸速度也有一定的差異。mp3的新版本固件往往能修整舊版本固件在傳輸速度方面的bug，讓mp3的傳輸速度更快！ 5、usb接口的優(yōu)點(diǎn)a、統(tǒng)一了外設(shè)接口：usb為所有的usb外設(shè)提供了單一的、易于操作的標(biāo)準(zhǔn)的連接類(lèi)型。這樣一來(lái)就簡(jiǎn)

10、化了usb外設(shè)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了用戶在判斷哪個(gè)插頭對(duì)應(yīng)哪個(gè)插槽時(shí)的任務(wù),實(shí)現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。b、 節(jié)省系統(tǒng)資源：usb排除了各個(gè)設(shè)備象鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤(pán)和打印機(jī)設(shè)備對(duì)去系統(tǒng)資源的需求，因而減少了硬件的復(fù)雜性和對(duì)端口的占用，整個(gè)的usb的系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。c、 usb支持熱插拔(hot plug)：也就是說(shuō)在不關(guān)pc的情況下可以安全的插上和斷開(kāi)usb設(shè)備，動(dòng)態(tài)的加載驅(qū)動(dòng)程序。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如scsi設(shè)備等必須在關(guān)掉主機(jī)的情況下才能增加或移走外圍設(shè)備。d、 usb支持pnp（即插即用）。當(dāng)插入usb設(shè)備的時(shí)候，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)該外設(shè)并且通過(guò)自動(dòng)的加載相

11、關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行配置，并使其正常工作。e、 usb在設(shè)備供電方面提供了靈活性。usb直接連接到hub或者是連接到host的設(shè)備可以通過(guò)usb電纜供電，也可以通過(guò)電池或者其它的電力設(shè)備來(lái)供電，或使用兩種供電方式的組合.并且支持節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式。f、 usb提供全速12mbps的速率和低速1.5mbps的速率來(lái)適應(yīng)各種不同類(lèi)型的外設(shè)。g、 針對(duì)不能處理突然發(fā)生的非連續(xù)傳送的設(shè)備，如音頻和視頻設(shè)備，usb可以保證其固定帶寬。h、 為了適應(yīng)各種不同類(lèi)型外圍設(shè)備的要求，usb提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳送類(lèi)型。i、 usb使得多個(gè)外圍設(shè)備可以跟主機(jī)通信。6、usb的協(xié)議 不同版本的協(xié)議有所不

12、同，不過(guò)從usb1.0usb1.1usb2.0usb otg的不斷演變，都是朝著更方便實(shí)用方面發(fā)展，其協(xié)議也是慢慢升級(jí)完善的。 本部分比較專(zhuān)業(yè)，都是一些學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)，只有真正搞usb底層開(kāi)發(fā)的才會(huì)深入去研究，對(duì)此有興趣的可以找相關(guān)的資料，我這也保存有一些。7、usb otg簡(jiǎn)介（1）usb otg就是usb on-the-go的簡(jiǎn)稱，它是usb2.0規(guī)范的補(bǔ)充，結(jié)合了對(duì)移動(dòng)應(yīng)用友好的新特性，包括低功耗、更小的usb接頭以及在相同的usb端口上增加了雙重角色的功能(作為主機(jī)和外設(shè)的功能)。otg通過(guò)在沒(méi)有計(jì)算機(jī)的情況下，相互之間對(duì)等連接使傳統(tǒng)的只能作為usb外設(shè)的移動(dòng)產(chǎn)品的性能和連接性得到擴(kuò)展。（2

13、）usb otg 的特點(diǎn)可以不必通過(guò)pc就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，如一個(gè)具有otg功能的外設(shè)可以跟其它外設(shè)直接通訊；可以實(shí)現(xiàn)主從角色轉(zhuǎn)換，on-the-go 設(shè)備非但能與其他 on-the-go 設(shè)備連接，由于內(nèi)嵌 usb 主機(jī)端與 usb 外設(shè)功能，因此當(dāng)它連接到一個(gè)普通 usb 外設(shè)時(shí)，它可以扮演 usb 主機(jī)端的角色，而當(dāng)它連接到一個(gè) usb 主機(jī)端時(shí)，則可以扮演 usb 外設(shè)角色；usb otg通過(guò)五腳接口和五線電纜傳輸數(shù)據(jù)。除了傳統(tǒng)的“vbus”、“d+”、“d-”、“gnd”四個(gè)針腳外，第五個(gè)針腳為“id”腳，id腳決定了初始化的主從角色：在mini-a插頭中，id短路接地，所連設(shè)備

14、被初始化為主；在mini-b插頭中，id懸空，所連設(shè)備被初始化為從。在軟件控制下，主從角色也可以利用主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議 (hnp)進(jìn)行互換。主設(shè)備可提供低功率輸出，最小為8ma的電流到usb電纜，當(dāng)不傳輸時(shí)可關(guān)掉vbus。在vbus關(guān)閉時(shí)，如從屬設(shè)備需要使用總線，則可請(qǐng)求主設(shè)備開(kāi)啟vbus，為vbus重新供電。低功耗可支持usb設(shè)備在電池供電的情況下正常工作，延長(zhǎng)電池壽命，節(jié)省能源。備注：雙角色工作原理otg雙角色設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由usb主設(shè)備軟件包和usb設(shè)備軟件包構(gòu)成。otg驅(qū)動(dòng)通過(guò)連接器中“id”的不同連接，或通過(guò)是否有主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議確定雙角色設(shè)備工作方式的轉(zhuǎn)換，確定使用usb主設(shè)備軟件包還是u

15、sb設(shè)備軟件包。當(dāng)otg雙角色設(shè)備以主機(jī)方式工作時(shí)，usb主設(shè)備軟件包工作。主控制驅(qū)動(dòng)完成usb主設(shè)備軟件包與雙角色usb otg硬件間的數(shù)據(jù)交換，usb總線驅(qū)動(dòng)保存設(shè)備的信息，目標(biāo)主設(shè)備類(lèi)驅(qū)動(dòng)支持目標(biāo)設(shè)備列表里的設(shè)備。otg提供通用的主設(shè)備類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)otg雙角色設(shè)備以從機(jī)方式工作時(shí)，usb設(shè)備軟件包工作。設(shè)備控制驅(qū)動(dòng)完成usb設(shè)備軟件包與雙角色usb otg硬件間的數(shù)據(jù)交換，usb協(xié)議層完成usb協(xié)議規(guī)范，usb設(shè)備類(lèi)驅(qū)動(dòng)的功能取決于該雙角色otg設(shè)備的功能。二、usb相關(guān)器件簡(jiǎn)介1、 接插件（1）電腦上使用的usb座：我們見(jiàn)到比較多的是電腦機(jī)箱上的usb口，那是一個(gè)usb母座，跟它相對(duì)

16、應(yīng)的就是usb公座，兩個(gè)都是4引腳器件；（2）一般便攜設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)usb座：我們mp3上的標(biāo)準(zhǔn)usb公母插座，這兩個(gè)是五pin器件，其中4腳為空腳，只有具有usb otg功能的機(jī)器第4腳才使用為“id”信號(hào)腳，；還有oppo目前在使用的迷爾usb座，只有4pin接口；（3）市面上出現(xiàn)的非標(biāo)準(zhǔn)的usb座：不管使用什么類(lèi)型的插座，能用市面上流通的標(biāo)準(zhǔn)件最好，如果自己定義那就是非標(biāo)品，象我們v1、v8、v12等機(jī)型上使用的耳機(jī)插座共用的方法，那都不是正常用法，多少會(huì)影響到機(jī)器的性能；（4）usb連接線材：類(lèi)似我們數(shù)碼隨身聽(tīng)的usb下載線（一端連電腦一端連mp3）不管采用什么類(lèi)型的接插件和線材，只有

17、符合usb規(guī)范最好能取得相關(guān)認(rèn)證的東西才能最終保證下載速度的問(wèn)題。2、 usb控制ic市場(chǎng)上供應(yīng)的usb控制器主要有兩種：帶usb接口的單片機(jī)（mcu）或純粹的usb接口芯片。 此類(lèi)ic主要是滿足usb規(guī)范而實(shí)現(xiàn)usb上傳下載功能，很多公司都有，目前我們?cè)谑褂玫氖桥_(tái)灣安國(guó)國(guó)際的au9386,外接幾個(gè)器件就是一個(gè)u盤(pán)。如果采用性能好一些的方案，一般本身都帶usb功能，或者通過(guò)軟件編程來(lái)完成usb功能。3、 usb host ic具有host功能的usb ic市面上也不少，但使用量不多，主要是價(jià)格一直降不下來(lái)，動(dòng)不動(dòng)就是三四十塊錢(qián)一片，有些產(chǎn)品增加了host功能后成本也就增加了不少，前段時(shí)間找到一

18、個(gè)國(guó)產(chǎn)ic，南京沁恒電子的ch375，價(jià)格相對(duì)還可以，對(duì)這有興趣的同事可以找我要相關(guān)的ic資料和聯(lián)系方式。4、 其它器件（1）利用ftdi公司生產(chǎn)的ft8u232am實(shí)現(xiàn)usb/rs-232轉(zhuǎn)換器（2）usb/串口轉(zhuǎn)換器（3）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使用在多路信號(hào)共用一個(gè)輸出口的狀態(tài)，如我們公司的v1、v8、v12等機(jī)型，利用耳機(jī)插座來(lái)與電腦連接上傳下載資料、給鋰電池充電、音頻信號(hào)輸出、收音天線等，對(duì)這類(lèi)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的要求很高，導(dǎo)通阻抗大會(huì)影響音頻信號(hào)的失真度和電腦能否正常連接問(wèn)題，分布電容大會(huì)影響信號(hào)的正確性和資料的上傳下載速度。目前我們?cè)谑褂玫氖莍t的3157和仙童的4157，一般來(lái)說(shuō)，如有可能盡量不要采用

19、多功能共用一個(gè)輸出口的方案，雖然在外觀上是占了一些優(yōu)勢(shì)，但對(duì)整機(jī)性能和壽命都有一定的影響。（4）意法半導(dǎo)體推出微型封裝的usb 2.0接口專(zhuān)用esd保護(hù)ic ，該ic專(zhuān)門(mén)保護(hù)usb2.0高速接口的兩條數(shù)據(jù)線路和電源線，典型電容2.5pf，抗靜電達(dá)到空氣放電15kv和接觸放電8kv的標(biāo)準(zhǔn)（iec61000-4-2第4級(jí)放電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)），當(dāng)然要使用這些新東西，需要付出的成本代價(jià)也是不小的。 備注： 現(xiàn)在比較通用的esd標(biāo)準(zhǔn)是iec61000-4-2 （iec國(guó)際電工委員會(huì)），應(yīng)用人體靜電模式，測(cè)試電壓的范圍為2kv15kv(空氣放電)，峰值電流最高為20a/ns，整個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間不超過(guò)60ns。在這

20、樣的脈沖下所產(chǎn)生的能量總共不超過(guò)幾百個(gè)微焦?fàn)?，但卻足以損壞敏感元器件。三、usb在設(shè)計(jì)上應(yīng)該注意的事項(xiàng) 由于很多usb接口設(shè)計(jì)在機(jī)器的外面，就算通過(guò)橡膠塞保護(hù)，在上傳下載資料時(shí)打開(kāi)橡膠塞時(shí)也有可能接觸到usb口，因此對(duì)于usb的設(shè)計(jì)，主要是從esd方面考慮，當(dāng)然其它的也會(huì)涉及到。1、如何改良usb接口的emi和esd設(shè)計(jì)usb接口的傳輸速率很高，因此如何提高usb信號(hào)的傳輸質(zhì)量、減小電磁干擾(emi)和靜電放電(esd)成為usb設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文以u(píng)sb2.0為例，從電路設(shè)計(jì)和pcb設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行分析。 usb 線纜由四根線組成，其中一根是電源線 vbus，一根是地線 gnd，其余兩根是

21、用于差動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)馁Y料線( d+，d- )。將數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)成為差動(dòng)信號(hào)來(lái)傳輸?shù)姆椒梢杂行岣咝盘?hào)的抗干擾能力( emi )。當(dāng)usb2.0接口采用高速差動(dòng)信號(hào)傳輸方式時(shí)，由于接地層與電源層的信號(hào)搖擺，放射噪聲會(huì)有所增加。因此，為避免串?dāng)_并保證信號(hào)的完整性，消除將要混入高速信號(hào)中的共模噪聲是電磁兼容設(shè)計(jì)的必要對(duì)策。在圖1所示的電路中，數(shù)據(jù)電源線和地線上分別串聯(lián)一個(gè)阻抗為120歐姆、額定電流為2a的磁珠，而差分線對(duì)上則串聯(lián)一個(gè)共模阻抗為90歐姆的共模扼流器。共?？沽髌饔蓛筛鶎?dǎo)線同方向繞在磁芯材料上，當(dāng)共模電流通過(guò)時(shí)，共?？沽髌鲿?huì)因磁通量疊加而產(chǎn)生高阻抗；當(dāng)差模電流通過(guò)時(shí)，共?？沽髌饕虼磐炕ハ嗟窒?/p>

22、而產(chǎn)生較小阻抗。 圖1：usb2.0的噪聲抑制電路圖。圖2：sdcw2012-2-900的衰減頻譜。以深圳順絡(luò)電子有限公司生產(chǎn)的共?？沽髌鱯dcw2012-2-900為例，該器件在100mhz的差模阻抗僅為4.6歐姆。從圖2所示的衰減特性也能看出共模扼流器對(duì)差分信號(hào)不會(huì)造成影響，主要是針對(duì)共模電流進(jìn)行選擇性的衰減。 圖3：usb2.0的esd防護(hù)電路圖。 由于usb接口具有可熱插拔性，usb接口很容易因不可避免的人為因素而導(dǎo)致靜電損壞器件，比如死機(jī)、燒板等。因此使用usb接口的用戶迫切要求加入防esd的保護(hù)器件。在圖3電路中，數(shù)據(jù)電源線、地線上各有一個(gè)工作電壓為5.5v、電容為100pf的壓敏

23、電阻連到屏蔽地上。差分線對(duì)因數(shù)據(jù)傳送速度高達(dá)480mbps，則需要連接電容小于4pf的器件，因?yàn)檩^大的電容可導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)波形惡化，甚至出現(xiàn)位錯(cuò)誤。因此在差分線對(duì)上接入工作電壓為18v、電容最大值為4pf的壓敏電阻器。圖4所示的電壓波形也驗(yàn)證了電容為4pf的壓敏電阻器(如深圳順絡(luò)電子有限公司生產(chǎn)的sdv1005h180c4r0gpt)對(duì)波形的影響不大。 圖4：不同電容值的壓敏電阻對(duì)波形的影響。對(duì)于usb2.0的pcb布線，需要考慮以下原則：1.差分線對(duì)要保持線長(zhǎng)匹配，否則會(huì)導(dǎo)致時(shí)序偏移、降低信號(hào)質(zhì)量以及增加emi；2.差分線對(duì)之間的間距要保持小于10mm，并增大它們與其它信號(hào)走線的間距；3.差分

24、走線要求在同一板層上，因?yàn)椴煌瑢又g的阻抗、過(guò)孔等差別會(huì)降低差模傳輸?shù)男Ч牍材Ｔ肼暎?.差分信號(hào)線之間的耦合會(huì)影響信號(hào)線的外在阻抗，必須采用終端電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)差分傳輸線的最佳匹配；5.盡量減少過(guò)孔等會(huì)引起線路不連續(xù)的因素；6.避免導(dǎo)致阻值不連續(xù)性的90度走線，可用圓弧或45度折線來(lái)代替；7.壓敏電阻器的接地端要接入屏蔽地層，并放置在端口位置。 2、利用tvs二極管來(lái)對(duì)usb進(jìn)行esd保護(hù)數(shù)據(jù)率高達(dá)480mbps的usb接口，要利用tvs二極管來(lái)進(jìn)行esd保護(hù)，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的正常傳輸，必須要選擇低電容的lctvs，它通常是將一個(gè)低電容二極管與tvs二極管串聯(lián)，以降低整個(gè)線路的電容(可低于3pf

25、)，達(dá)到高速率回路的要求。tvs二極管的工作原理：處理瞬時(shí)脈沖對(duì)器件損害的最好辦法是將瞬時(shí)電流從敏感器件引開(kāi)。tvs二極管在線路板上是與被保護(hù)線路并聯(lián)的，當(dāng)瞬時(shí)電壓超過(guò)電路正常工作電壓后，tvs二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路，其結(jié)果是瞬時(shí)電流通過(guò)二極管被引開(kāi)，避開(kāi)被保護(hù)器件，并且在電壓回復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后，tvs二極管自動(dòng)回復(fù)高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。tvs二極管的特點(diǎn) ：（1）反應(yīng)迅速，使瞬時(shí)脈沖在沒(méi)有對(duì)線路或器件造成損傷之前就被有效地遏制；（2）二是截止電壓比較低，更適用于電池供電的低電壓回路環(huán)境；（3）對(duì)tvs二極管設(shè)計(jì)的

26、改進(jìn)使其具有更低的漏電流和結(jié)電容，因而在處理高速率傳導(dǎo)回路的靜電沖擊時(shí)有更理想的性能表現(xiàn) ；備注：5kv的沖擊會(huì)造成約10%陶瓷電容失效，到10kv時(shí)，損壞率達(dá)到60%，而tvs可以承受15kv電壓。使用tvs二極管保護(hù)esd損害的同時(shí)，必須配合合理的pcb布局：首先是要避免自感。對(duì)于esd這樣巨變突發(fā)的脈沖，很可能會(huì)在回路中引起寄生自感，進(jìn)而對(duì)回路形成強(qiáng)大的電壓沖擊，并可能超出ic的承受極限而造成損傷。負(fù)載產(chǎn)生的自感電壓與電源變化強(qiáng)度成正比，esd沖擊的瞬變特征易于誘發(fā)高強(qiáng)自感。減小寄生自感的基本原則是盡可能縮短分流回路，必須考慮到包括接地回路、tvs和被保護(hù)線路之間的回路以及由接口到tvs

27、的通路等所有因素。所以tvs器件應(yīng)與接口盡量接近，與被保護(hù)線路盡量接近，這樣才會(huì)減少自感耦合到其它鄰近線路上的機(jī)會(huì)。 另外可應(yīng)用下述原則對(duì)線路進(jìn)行優(yōu)化： 1避免在保護(hù)線路附近走比較關(guān)鍵的信號(hào)線； 2盡量將接口安排在同一個(gè)邊上； 3避免被保護(hù)回路和未實(shí)施保護(hù)的回路并聯(lián)； 4各類(lèi)信號(hào)線及其饋線所形成的回路所環(huán)繞面積要盡量小，必要時(shí)可考慮改變信號(hào)線或接地線的位置； 5將接口信號(hào)線路和接地線路直接接到保護(hù)器件上，然后再進(jìn)入回路的其它部分； 6將復(fù)位、中斷、控制信號(hào)遠(yuǎn)離輸入/輸出口，遠(yuǎn)離pcb的邊緣； 7在可能的地方都加入接地點(diǎn)； 8采用高集成度器件，二極管陣列不但可以大大節(jié)約線路板上的空間，而且減少了

28、由于回路復(fù)雜可能誘發(fā)的寄生性線路自感的影響。 3、通過(guò)usb為電池充電usb 標(biāo)準(zhǔn)最有價(jià)值，卻最少被提及的特性之一就是可利用主機(jī)usb 接口作為電源對(duì)外設(shè)供電。除了直接對(duì)usb 設(shè)備供電，usb 電源最有用的功能之一就是對(duì)電池充電* 。（在與pc交換數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)電池充電）usb 電池充電可能很復(fù)雜，也可能很簡(jiǎn)單，這取決于usb 設(shè)備的要求。影響設(shè)計(jì)的因素不僅包括通常的成本、尺寸、重量等。其它重要因素還包括: 1) 電池耗盡的設(shè)備插入usb 端口時(shí)，要求多快開(kāi)始全功能運(yùn)行；2) 允許電池充電的時(shí)間；3) 在usb 功率限制范圍內(nèi)的功率分配；4) 是否需要一個(gè)交流適配器充電。 搞過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的人員都

29、知道，所有usb主機(jī)，如電腦，每個(gè)usb插孔都能支持最少500ma電流輸出或驅(qū)動(dòng)5 個(gè)“單位負(fù)載”。在usb術(shù)語(yǔ)中，“一個(gè)單位負(fù)載”是100ma。自帶電源的usb集線器也能驅(qū)動(dòng)5個(gè)單位負(fù)載?？偩€驅(qū)動(dòng)的usb集線器只能保證驅(qū)動(dòng)一個(gè)單位負(fù)載。備注：按照usb規(guī)范，由usb主機(jī)或帶電源的集線器提供的，電纜外設(shè)端的最小可用電壓為4.5v，而由usb總線驅(qū)動(dòng)的集線器提供的最小電壓為4.35v。用這些電壓對(duì)充電電壓典型要求為4.2v的li+電池充電時(shí)，只有很小的裕度，這使得充電器的壓降變得極為重要。所有接入usb端口的設(shè)備啟動(dòng)時(shí)消耗電流都不能超過(guò)100ma。與主機(jī)進(jìn)行通信后，設(shè)備才能決定是否可以用足500

30、ma電流（一旦與主機(jī)連接，所有usb設(shè)備都必須首先讓主機(jī)識(shí)別自己。這一動(dòng)作被稱為枚舉）。所以，usb設(shè)備與電腦連接時(shí)，如果設(shè)備的啟動(dòng)電流大于100 ma，不僅不能給電池充電，還需要由電池提供部分的電流來(lái)時(shí)設(shè)備正常工作，只有電腦識(shí)別到usb設(shè)備后，能夠提供高達(dá)500ma的電流，此時(shí)不僅能與電腦交換數(shù)據(jù)，還同時(shí)利用電腦電源給電池充電。 當(dāng)然，也可以利用usb電源給鎳氫電池充電（畢竟鎳氫電池成本低），但是需要增加一個(gè)dc-dc轉(zhuǎn)換器將1.3v的電池電壓升至設(shè)備可使用的電壓，典型為3.3v。鮮為人知的usb特性u(píng)sb端口并不限制電流（與規(guī)范差異的地方）盡管usb規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了每個(gè)usb端口必須提供多少

31、電流，但對(duì)于它能夠提供多少電流，規(guī)范給出的界限卻極為寬泛。盡管定義了電流上限不能超過(guò)500ma，但一個(gè)明智的設(shè)計(jì)者不應(yīng)該依賴于這個(gè)信息。任何情況下，都不認(rèn)為每個(gè)usb端口會(huì)將它的輸出電流限制在500ma，或附近的一個(gè)值。實(shí)際上，usb端口輸出的電流經(jīng)常超過(guò)幾安培，因?yàn)槎喽丝谙到y(tǒng)(如pc機(jī))經(jīng)常只有一個(gè)保護(hù)器件公用于所有的端口。保護(hù)器件被設(shè)定在所有端口總額定功率之上。因此，一個(gè)4usb端口系統(tǒng)，如果其余3個(gè)端口未被使用，一個(gè)端口就可提供超過(guò)2a的電流。此外，盡管一些pc機(jī)使用精度為10%至20%的ic保護(hù)方案，其它大多使用非常不精確的自復(fù)保險(xiǎn)絲，只有負(fù)載功率超出額定值100%或更高時(shí)才會(huì)觸發(fā)。u

32、sb端口很少(從不)關(guān)斷電源。usb規(guī)范對(duì)此并沒(méi)有說(shuō)明，但人們時(shí)常認(rèn)為如果枚舉失敗，或遇到其它軟件或固件問(wèn)題，usb電源可能被關(guān)斷。但實(shí)際情況是，除非有電路故障(如短路)，沒(méi)有usb主機(jī)會(huì)關(guān)斷usb電源。也許會(huì)有例外，但是目前還沒(méi)有見(jiàn)到。筆記本和主板生產(chǎn)商甚至不愿意為故障保護(hù)買(mǎi)單，更不用說(shuō)智能電源切換了。因此，無(wú)論usb外設(shè)與主機(jī)的對(duì)話是否發(fā)生，5v一直可以利用(電流為500ma或100ma，也許為2a或更高)。usb供電的閱讀燈、咖啡杯加熱器以及其他一些諸如此類(lèi)沒(méi)有任何通信能力的產(chǎn)品的出現(xiàn)就證明了這一點(diǎn)。它們可能并不“守規(guī)”，但它們工作的很好。例子：我們的數(shù)碼隨身聽(tīng)，凡是用聚合物鋰電池的，現(xiàn)

33、在都用bq24013來(lái)控制充電，一方面可以直接使用usb的電源充電，另一方面也可以利用充電適配器來(lái)給電池充電。一般的小雜牌廠家，為了降低成本，一般都是用普通的穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)壓，充電效果極不好，對(duì)鋰電池的傷害也很大。4、usb接口與串口設(shè)備之間互連問(wèn)題由于usb口具有即插即用的特性，現(xiàn)已出現(xiàn)只有usb口而沒(méi)有傳統(tǒng)接口的pc，但是有很多業(yè)界專(zhuān)業(yè)人士或嵌入式應(yīng)用人員一直采用的是uart（universal asynchronous receiver and transmitter通用異步收發(fā)器）接口，如改用usb對(duì)他們而言需要投入太多的時(shí)間和金錢(qián)，那么在這樣的計(jì)算機(jī)上如何使用舊式基于串行接口的設(shè)備呢？

34、可采用三種基本方法調(diào)整系統(tǒng)，使之適應(yīng)無(wú)傳統(tǒng)接口的pc。第一種方法是進(jìn)行全面的系統(tǒng)再設(shè)計(jì)，使設(shè)備本身能夠支持usb連接；本方案涉及很多工作，除了硬件改變之外，還需進(jìn)行軟件方面的改動(dòng)。第二種方法是使用目前市面上出現(xiàn)的usb至rs-232適配器；本方案可快速使用但成本較高，同時(shí)產(chǎn)品的兼容性、質(zhì)量不能得到很好的保障，可能導(dǎo)致維修服務(wù)增加對(duì)品牌產(chǎn)生負(fù)面影響。第三種方法則是采用為系統(tǒng)應(yīng)用定制的usb至uart適配器。 這種方案有專(zhuān)用外部接口方式和嵌入式橋接兩種方式。5、usb對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求（1）所有具有接地底板護(hù)罩的元件都應(yīng)將護(hù)罩連接到底板接地框。具有護(hù)罩的元件比如：usb 座、按鈕、耳機(jī)插座、話筒等。

35、由于護(hù)罩的導(dǎo)電性高且表面積大，因此他們極易成為靜電放電的電荷傳輸路徑。（2）如果電性能允許，在每條連接到外部電纜線的信號(hào)線上都應(yīng)置有鐵氧體磁環(huán)。主要信號(hào)線包括：線路輸出/耳機(jī)、線路輸入、遙控和usb_5v信號(hào)。每個(gè)鐵氧體磁環(huán)的位置都應(yīng)盡可能靠近元件，并且在元件引腳和鐵氧體間沒(méi)有過(guò)孔，對(duì)于線路輸入和線路輸出信號(hào)，鐵氧體的直流電阻應(yīng)在0.4歐姆以內(nèi)，否則總諧波失真（thd）將變大。（3）不應(yīng)將鐵氧體磁環(huán)置于usb d+ 和d信號(hào)線上。 如果使用鐵氧體磁環(huán)，他們可能破壞d+ 和d 信號(hào)的完整性，從而導(dǎo)致usb 通訊故障。（4）usb 接口應(yīng)該采用一個(gè)非導(dǎo)電性罩或者橡膠塞包裹。播放器外殼上的按鈕或開(kāi)關(guān)

36、應(yīng)不導(dǎo)電。所以至少，印刷電路板上與按鈕或開(kāi)關(guān)接觸的內(nèi)層材料應(yīng)不導(dǎo)電。如果整個(gè)按鈕導(dǎo)電，則將導(dǎo)致在靜電放電時(shí)電荷均勻分布在按鈕或開(kāi)關(guān)上。這將減少電路板和靜電放電源之間的有效空隙，從而使靜電放電能以較高的電壓釋放到電路板上。如果采用金屬或者導(dǎo)電性的外殼，那么我們的設(shè)計(jì)就應(yīng)該允許電荷在電路板的各面均勻分布，以構(gòu)成一個(gè)法拉第罩。按鈕和機(jī)器外殼直接的空隙盡可能小，以防止靜電放電情況穿透空隙的空氣直接放電到電路板上。四、usb使用常識(shí)問(wèn)題1、你用的usb，真的是2.0嗎？相信大家手邊都有蠻多產(chǎn)品是使用usb接口與計(jì)算機(jī)連接的，例如打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、u盤(pán)、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、外置光驅(qū)、外置硬盤(pán)等。但所用的usb，是

37、真的以u(píng)sb2.0的速度在傳輸數(shù)據(jù)嗎？ usb傳輸速度必須分四個(gè)部份（主板芯片組、操作系統(tǒng)、外接設(shè)備、傳輸線）來(lái)檢查usb規(guī)格是否通通為2.0，不然明明是usb2.0的周邊產(chǎn)品，實(shí)際的傳輸速度可能只有usb1.1。 （1）首先保證所購(gòu)買(mǎi)的外接設(shè)備支持high usb2.0外，還要注意主板、操作系統(tǒng)、傳輸線是否支持usb2.0，最重要的是操作系統(tǒng)與外接設(shè)備的usb2.0驅(qū)動(dòng)程序是否有安裝、設(shè)置成功。不然操作系統(tǒng)與所有的硬件都支持usb2.0，卻沒(méi)將usb2.0驅(qū)動(dòng)程序設(shè)定成功，一直使用低速的usb1.1而不自知，這不是很浪費(fèi)嗎？usb2.0兼容于usb1.1，因此系統(tǒng)不會(huì)主動(dòng)告知使用者，目前的u

38、sbport是以u(píng)sb1.1還是usb2.0的傳輸速度在傳送文件，所以就得自行檢查計(jì)算機(jī)軟硬件的各部份是否都已安裝妥當(dāng)，才能肯定的大聲說(shuō)“我用usb2.0！”（2）只要是windowsme操作系統(tǒng)以上的計(jì)算機(jī)，都已支持并內(nèi)建usb1.1外接設(shè)備（device）的驅(qū)動(dòng)程序，不需另外安裝驅(qū)動(dòng)程序就可馬上使用。而windowsxpservicepack1（sp1）以上的操作系統(tǒng)都支持并內(nèi)建usb2.0外接設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。將windows2000操作系統(tǒng)升級(jí)成支持usb2.0，需要usbport.sys、usbhub20.sys、usbehci.sys三個(gè)文件，windowsupdate會(huì)自動(dòng)下載、安裝成功，不用怕漏了哪些文件忘記安裝。而對(duì)于舊版的操作系統(tǒng)，如windows98、95與nt4.0，microsoft已經(jīng)不會(huì)再推出usb更新程序，因此確定這些操作系統(tǒng)通通不支持usb2.0。 （3）傳輸線對(duì)usb2.0速度的影響：有時(shí)候，因?yàn)橛?jì)算機(jī)主機(jī)沒(méi)有前置usbport，因此須將主機(jī)后方的usbport