USB-UART-JTAG模塊說明文檔

USB，UART，JTAG模塊設(shè)計(jì)說明文檔制作人：硬件平臺(tái)部陳定一，USB模塊USB(Universalserialbus)的中文含義是通用串行總線。USB接口的特點(diǎn)是速度快、兼容性好、不占中斷、可以串接、支持熱插拔等。目前USB接口有四種標(biāo)準(zhǔn)，分別為USB1.0(1.5Mbps)，USB1.1(12Mbps),和USB2.0(480Mbps)以及最新的標(biāo)準(zhǔn)USB3.0(5Gbps)。USB線纜由四根線組成：VBUS,GND,D+,D-,VBUS在理想狀態(tài)下的供電電壓是5V,但在設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)當(dāng)注意的是USBHub從供電能力分為HighPower和LowPower。HighPower能提供最大500mA的電流，電壓范圍(4.75--5.25V),LowPower能提供最大電流只有100mA,輸出電壓范圍(4.4--5.25V)。USB充電接口電路模塊設(shè)計(jì)原理圖：貼片磁珠100R-100M-0805-2A貼片磁珠100R-100M-0805-2AUSB口-7.5*3.7*9.3mm-屏蔽殼).4mm銅合金基座黑色CP料GNDGND外圍元器件的選擇：USB充電接口選用USB口-7.5*3.7*9.3mm-屏蔽殼0.4mm銅合金-基座黑色LCP料。電源線和地線之間分別串聯(lián)一個(gè)阻抗為100歐姆、100MHZ,額定電流為2A的磁珠。(用磁珠來抑制高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖)電容的選擇注意用大電容(10UF以上)與小電容(0.1UF)配合使用(大小電容配合使用頻率特性比較好，并可減小電源對(duì)地阻抗)。2.使用注意事項(xiàng)：a?具體的USB封裝，磁珠，電容大小可以調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳電路效果。b?電路原理圖可根據(jù)實(shí)際電路需要進(jìn)行修改。

USB不同速度模式下電路設(shè)計(jì)原理圖:USB有不同的速度模式，每個(gè)USB設(shè)備必須支持低速或全速的一種，上位機(jī)端通過檢測兩根信號(hào)線上的電平來判斷外接的是一個(gè)支持低速還是全速的的外設(shè)。在上位機(jī)端的兩根信號(hào)線D+和D-上分別都下拉了一個(gè)15K的電阻到地，作為新接入的外設(shè)端設(shè)備則應(yīng)該在D+或者D-線上上拉一個(gè)1.5K電阻到3.3V電源，分別代表全速設(shè)備或低速設(shè)備。當(dāng)這個(gè)設(shè)備插入時(shí),由于設(shè)備上拉強(qiáng)過上拉主機(jī)端的下拉，其中這個(gè)線外設(shè)拉高了，高過主機(jī)端的判斷門限，這樣就能分辨出接入的是什么設(shè)備。低速模式下的原理框圖:VDD3.3VDD3.3原理框圖說明:新接入的外設(shè)端設(shè)備在D-線上上拉一個(gè)1.5K電阻到3.3V電源，表示此設(shè)備為低速設(shè)備(1.5Mbps)。全速模式下的原理框圖:VDD3.3D-Host.VDD3.3D-Host.2D-FullSpeedD15K；'1.5K2 ""aF:3D+D+evice原理框圖說明:新接入的外設(shè)端設(shè)備在D+線上上拉一個(gè)1.5K電阻到3.3V電源，表示此設(shè)備為全速設(shè)備(12Mbps)。

普通USB接口電路模塊設(shè)計(jì)原理圖:USE臥式連接器.5*6.7*13.6mim0.4mr銅合金鍍鎳VDD5貼片磁珠20R-100M-0603-2A-HC甲608KF-221T2000貼片電容-1—nS04O2-X7R-16V2貼片電容92.1^00貼片電容-1—nS04O2-X7R-16V2貼片電容92.1^貼片電容.U貼片電容"VBUSD-7r-i6gND41USB_DMUSBDPDDCCNN

諭

8765貼片共模電感DDCCNN

諭

8765貼片共模電感W21SN900H或CMC2012F-900-2P-T貼片磁珠20R-100M-0603-2A-HCB1608KF-221T20D6PGB1010603外圍元件的選擇a?此USB電路選用USB臥式連接器-14.5*6.7*13.6mm-厚為0.4mm銅合金鍍鎳（USB引腳定義：1腳為電源線（5V）,2腳為數(shù)據(jù)線D-,3腳為數(shù)據(jù)線D+,4腳為地線）b.數(shù)據(jù)電源線和地線之間分別串聯(lián)一個(gè)阻抗為220歐姆、100MHZ,額定電流為2A的磁珠。（在高速差分信號(hào)傳輸時(shí)，由于接地層與電源層的信號(hào)搖擺，放射噪聲會(huì)有所增加用磁珠來抑制高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖）c.差分線對(duì)上則串聯(lián)一個(gè)共模阻抗為90歐姆（100MHZ）的共模電感。（共模電感由兩根導(dǎo)線同方向繞在磁芯材料上，當(dāng)共模電流通過時(shí)，共?？沽髌鲿?huì)因磁通量疊加而產(chǎn)生高阻抗；當(dāng)差模電流通過時(shí)，共?？沽髌饕虼磐炕ハ嗟窒a(chǎn)生較小阻抗）D-,D+上分別連接ESD保護(hù)器件TVS（PGB1010603）或壓敏電阻（USB接口具有可熱插拔性，是很容易由靜電損壞的器件，因此要加入防ESD的保護(hù)器件。）電容的選擇注意用大電容（10UF以上）與小電容（0.1UF）配合使用（大小電容配合使用頻率特性比較好，并可減小電源對(duì)地阻抗）。使用時(shí)的注意事項(xiàng)a?實(shí)際使用過程中，具體器件的封裝大小根據(jù)實(shí)際器件而定。b?磁珠建議使用阻抗120歐姆以上，額定電流為2A以上的磁珠，ESD器件建議使用8KV空間放電，15KV接觸放電，TVS峰峰值在1KV以上或使用具有小電容（幾PF）壓敏電阻。C.USB接口不是固定不變的，USB接口可根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)電路的要求，選擇不同型號(hào)的USB口，但外部連接電路可以保持不變。d?實(shí)際使用中，可以根據(jù)需要修改電路圖。USB宿主與外設(shè)應(yīng)用模式根據(jù)USB規(guī)范，兩個(gè)外設(shè)之間無法直接相互通信，最新制定的USBONTHEGO(OTG)規(guī)范，讓兩個(gè)支持OTG規(guī)范的系統(tǒng)能直接進(jìn)行通信。OTG規(guī)范中定義了一種雙角色設(shè)備的DRD，具備Host和外設(shè)兩種功能。通過ID線上的電平來判斷應(yīng)該為HOST還是外設(shè)。OTG規(guī)范下的電路設(shè)計(jì)原理圖:1.原理圖設(shè)計(jì)說明：通過ID線上的電平來判斷應(yīng)該作為HOST還是外設(shè)。當(dāng)ID腳為低電平時(shí)，為HOST，對(duì)應(yīng)的外設(shè)端ID端懸空。R1,R2用來平緩波形，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。其他元件功能請(qǐng)參照普通USB模塊設(shè)計(jì)原理說明。對(duì)于USB差分線LAYOUT要求：差分線對(duì)要保持線長匹配，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。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。差分走線要求在同一板層上，因?yàn)椴煌瑢又g的阻抗、過孔等差別會(huì)降低差模傳輸?shù)男Ч牍材Ｔ肼暋２罘中盘?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。盡量減少過孔等會(huì)引起線路不連續(xù)的因素。避免導(dǎo)致阻值不連續(xù)性的90度走線，可用圓弧或45度折線來代替。TVS/壓敏電阻器的接地要接入屏蔽地層，并放置在端口位置。二，UART模塊串行接口是一種可以將接受來自CPU的并行數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，同時(shí)可將接受的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)字符供給CPU的器件。一般完成這種功能的電路，我們稱為串行接口電路。串口通信，串口按位發(fā)送和接收。盡管比按字節(jié)的并行通信慢，它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。通信使用3根線完成：地線，發(fā)送，接收。由于串口通信是異步的,端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。UART作為用戶設(shè)計(jì)電路原理圖：貼片電容-100nF-K-0402VDD3_3V廠~T~CUART_TX廠~T~CUART_TXUARTPX1234□□口□4P單排針P=2.54mm-TOP-PBT+黃銅鍍鎳漂金1.排針引腳及使用說明：1腳接電源，一般為3.3V,電源端要接一個(gè)旁路電容（lOOnF）。2腳連接控制芯片串口發(fā)送端。3腳連接控制芯片串口接收端。4腳接地。UART用于廠家測試電路模塊設(shè)計(jì)原理圖:

貼片電容VDD3_3貼片電容-100nF-K-0402-X7R-16V貼片電容C1-100nF-K-0402-X74-—C2T_615UARTRXR10UTR20UTT2INT1INC2-T1OUTT2OUTR1INR2IN貼片電阻2_C-100nF-K-0402-X7R-16V-10K-J-0402-1/16WIC-SP3223EEA-SSOP20-SIPEXUARTTX 13V+VNWODITHSGrCV+-11CPC貼片電容VDD3_3貼片電容-100nF-K-0402-X7R-16V貼片電容C1-100nF-K-0402-X74-—C2T_615UARTRXR10UTR20UTT2INT1INC2-T1OUTT2OUTR1INR2IN貼片電阻2_C-100nF-K-0402-X7R-16V-10K-J-0402-1/16WIC-SP3223EEA-SSOP20-SIPEXUARTTX 13V+VNWODITHSGrCV+-11CPC貼片電阻12時(shí)0402-1訕——II 貼片電容100nF-K-0402-X7R-16\C4

卄貼片電容100nF-K-0402-X7R-16^貼片磁珠100R-100M-0603-1.5A,§貼片磁抿OQRJOOM-0603-1.5A貼片C6^LC7貼片電容X—1- 3——5>^79-1OOpF-J-04O2-NPO)-5OM)OpaSih5P*2雙排針防呆插陛=2.54mm-TOP04O2-NPO-5OV-walsin20腳SHUTDOWN低電平時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器和電荷泵。以取消自動(dòng)上線電路和ONLINE作用,使用時(shí)用一個(gè)10K電阻上拉。11腳不接，14腳接地。使用時(shí)的注意事項(xiàng)a?16腳RS-232接收器輸入連接串口TXD,17腳TTL/CMOS驅(qū)動(dòng)器輸出，連接串口RXD時(shí)，分別要串接一個(gè)貼片磁珠-100R-100M-0603-1.5A的磁珠，以及并接一個(gè)100pF電容到地,此處主要用來抑制高頻噪聲和尖峰干擾。b?在連接過程中，發(fā)送與接收不要接反。三，JTAG模塊1.JTAG測試電路設(shè)計(jì)原理圖TRSTL 12TDI 3nnTRSTL 12TDI 3nn4?TDO 5no6■TMS 7OQ8TCK 9nn105P*2雙排針-P=2mm-DIP-TOPJTP1TP2TP3TP4TP5TP6JTAG測試點(diǎn)2.JTAG測試電路及引腳說明:TAP(TestAccessPort)是一個(gè)通用的端口，通過TAP可以訪問芯片提供的所有數(shù)據(jù)寄存器(DR)和指令寄存器(IR)。TAP包括5個(gè)信號(hào)接口TCK、TMS、TDI、TDO和TRST。TestClockInput(TCK)為TAP時(shí)鐘信號(hào)，TAP的所有操作都是通過這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的。TestModeSelectionInput(TMS)TMS信號(hào)用來控制TAP狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換。通過TMS信號(hào)，TMS信號(hào)在TCK的上升沿有效。TestDataInput(TDI)TDI是數(shù)據(jù)輸入的接口。所有要輸入到特定寄存器的數(shù)據(jù)都是通過TDI接口一位一位串行輸入的(由TCK驅(qū)動(dòng))。

TestDataOutput（TDO）TDO是數(shù)據(jù)輸出的接口。所有要從特定的寄存器中輸出的數(shù)據(jù)都是通過TDO接口一位一位串行輸出的（由TCK驅(qū)動(dòng)）。TestResetInput（TRST）TRST可以用來對(duì)TAPController進(jìn)行復(fù)位（初始化）。這個(gè)信號(hào)是可選的，不是強(qiáng)制要求的。因?yàn)橥ㄟ^TMS也可以對(duì)TAPController進(jìn)行復(fù)位（初始化）。使用時(shí)的注意事項(xiàng)：如果在原理圖中JTAG調(diào)試部分沒有引出來，注意將復(fù)位端TRST_L拉低。如圖所示：TRSTLTDI10K-J-0402-1/16WTDOTMSTCK10K-J-0402-1/16W1.外圍元器件的選擇：這里選擇電平轉(zhuǎn)換芯片SP3223E。SP3223E是SIPEX公司生產(chǎn)的RS-232收發(fā)器接口芯片，該器件內(nèi)部含有一個(gè)高效電荷泵SP3223E是一個(gè)雙驅(qū)動(dòng)器/雙接收器芯片，可在單+3.0V?+5.5V電源下產(chǎn)生±.5V的RS-232電平。此處串口使用常用的9針串口（DB9）,此處使用通用的5P*2的雙排陣，連接至串口。2. 使用情況及應(yīng)引腳說明：1腳EN為接收器使能端。低電平有效。高電平時(shí)禁止接收器輸出（高阻狀態(tài)），使用時(shí)應(yīng)用一個(gè)10K的電阻拉低。2腳C1+電荷泵電容正極,4腳C1-電荷泵電容負(fù)極，5腳C2+電荷泵反轉(zhuǎn)電容正極，6腳C2-電荷泵反轉(zhuǎn)電容負(fù)極，使用時(shí)