設計USB協(xié)議接口時的六個關鍵問題

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

為了讓您了解USB協(xié)議是否適合您的系統(tǒng)并滿足您的高速接口需求，我們?yōu)槟谐隽嗽O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(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A。如果您發(fā)現(xiàn)需要將數(shù)據(jù)從CPU或MCU傳輸?shù)竭B接的外圍設備，且數(shù)據(jù)傳輸速率大于10 Mbps，USB則是一個很好的選擇。

2.    當接口的數(shù)據(jù)鏈路缺乏可靠性時，您如何遠距離傳輸數(shù)據(jù)？

USB可以通過現(xiàn)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(xié)議的功能，可以簡化USB中轉接驅動器的實現(xiàn)。

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(shù)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(fā)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(tǒng)中其他MCU或CPU進行嵌入式連接。USB有內置的數(shù)據(jù)編碼，能夠減少電磁干擾和鏈路電源管理以實現(xiàn)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(xié)議的出現(xiàn)大大提高了USB的靈活性。USB Type-C可以創(chuàng)建充當USB主機或USB設備的外圍設備，從而使系統(tǒng)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(guī)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(shù)據(jù)，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(tǒng)啟用其交替模式功能至關重要。

有關USB協(xié)議和USB實現(xiàn)的技術細節(jié)，請查看下面的資源。如果您遇到USB技術問題，并且需要幫助，以為您的系統(tǒng)選擇合適的產品，可在 TI E2ETM接口論壇 上發(fā)帖交流。

圖1：USB協(xié)議的發(fā)展歷程——2019年發(fā)布USB 4.0

其他資源：

●   “超低功耗USB革命： 提高便攜式嵌入式應用USB的電源效率和簡便性。”

●   “USB Type-C?和USB電力輸送電源路徑的設計注意事項?！?/span>

●   “了解USB Type-C和電力傳輸應用和要求的入門知識?！?/span>

●   “USB Type-C的交替模式： 超越USB。”