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USB 2.0 高速主机适配卡的设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍一种新型的USB2.0高速主机适配卡的设计。通过主机PCI总线接口,利用USB2.0主控制器,针对USB2.0高速数据传输带来的EMI/ESD问题,进行了全面的考虑和设计。USB2.0高速主机适配卡性能完善、功能齐全,并已经通过EMC国际认证。

    关键词:USB2.0  主机适配卡 PCI EMC

USB接口可提供双向、实时的数据传输,具有即插即用、性能可靠、价格低廉等优点,目前已成为计算机和通信电子产品连接外围设备的首选接口。由于高速USB集线器、高速USB功能部件的不断涌现,如数字图像器、扫描仪、视频会议摄像机、大容量数字存储设备等新型USB设备,在计算机和这些复杂的USB外设之间需要建立一个高速、高性能的数据传输。USB2.0正是为了满足这种需求提出的,它的传输速率为480Mbps。高速USB2.0与全速USB1.1和低速USB1.0完全兼容。虽然新式的计算机至少提供两个USB端口,但多数都只能用于USB1.1和USB1.0的数据传输,不能支持USB2.0的数据传输。USB2.0高速主机适配卡,可直接插入计算机的扩充槽内,利用PCI总线接口、可支持USB的操作系统,实现USB2.0的高速数据传输。

USB界面通过USB主控制器与计算机主机系统相连接。USB主控制器不但提供与主机的PCI总线接口,同时也包含根集线器。(范文先生网www.fwsir.com收集整理)根集线器可提供一个或多个连接点用于USB设备的连接,从而使主机操作系统与USB设备之间可以彼此通信。USB2.0主控制器是设计USB2.0高速主机适配卡的主要芯片。目前世界上许多大公司如NEC、PHILIPS、VIA等都相继推出USB2.0主控制器。本文采用NEC公司生产的USB2.0主控制器 uPD720100,设计出新型USB2.0高速主机适配卡,测量结果良好,满足USB2.0的设计规范,达到USB2.0设计要求,并已经通过EMC国际认证。

1 USB2.0高速主机适配卡的设计

1.1 USB2.0主机系统与USB设备之间的工作流程

USB主机系统可分成客户、USB系统、USB主控制器三层。USB设备也可分成功能部件、USB逻辑设备、USB总线接口三层,如图1所示。

USB主控制器实际上是主机系统方面的USB总线接口,它主要处理电气层和协议层之间的相互作用。USB系统包括主控制器驱动程序、USB驱动程序、主机软件三部分,利用主控制器管理主机和USB设备之间的数据传输。客户负责管理与USB设备直接作用的全部软件。总之,整个USB主机系统可以提供以下功能:检测USB设备的连接和断开、管理主机与USB设备之间的标准控制流和数据流、收集状态和事务的统计信息、控制主控制器与USB设备之间的电气接口,如数据线有限功率的供给等。

图1也表示出USB主机系统与USB设备之间存在功能层、USB设备层、USB总线接口层三个逻辑层。USB总线接口层代表USB主控制器与USB总线接口之间的传输关系,在主机与设备之间提供物理、信号、信息包的连接;USB设备层代表USB系统软件和USB逻辑设备之间的传输关系,USB系统软件可以执行许多关键的和一般的功能,用于给定设备的传输特性;功能层代表客户软件与功能部件之间的关系,通过相应的匹配客户软件提供给主机额外的功能。虽然在USB设备层和功能层内都有各自的逻辑通信,但是实际的数据传输必须通过USB总线接口层完成。USB总线接口层提供USB数据的底层传输,即USB数据的传输最终还是发生在USB数据线上。
USB 2.0 高速主机适配卡的设计
    1.2 USB 2.0高速主机适配卡的设计框图

图2为利用NEC公司的USB2.0主控制器 uPD720100 所设计的基本电路框图。可以看出,USB2.0主控制器是一个核心芯片,可提供32-bits 33MHz PCI 总线接口,用于与主机PCI总线接口的连接。它还包含两个开放主控制器OHCI #1、OHCI #2和一个增强主控制器EHCI,支持5个用于连接外围设备的下游端口。OHCI #1主控制器用于处理1、3、5三个端口全速和低速信号的传输,OHCI #2主控制器用于处理2、4两个端口全速和低速信号的传输,EHCI主控制器用于处理1、2、3、4、5五个端口高速信号的传输。仲裁器(Arbiter)用来选择OHCI #1、OHCI #2主控制器和EHCI主控制器。根集线器完成主控制器内集线器的功能,控制主控制器和5个端口之间的连接。物理层(PHY)包含高速、全速和低速的收发器等。

5V/3.3V的降压调节器用于将PCI总线提供的5V电源转换成主控制器需要的3.3V直流电源;系统

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