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USB接口线路图详解
- 作者：兆达鑫科技
- 发布时间：19-02-28 14:24
- 点击数：150
usb接口电路图（一）
USB接口电路的原理图中，R3是上拉电阻器，它可使USB口的D+端上拉到DS2490S的VB端，表示USB主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有USB设备插入。该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1-Wire网络的总长决定1-Wire总线电压上升到5 V的速度。经过实验测试选择R3的阻值为27 Ω±lO%。R1、R2为USB数据线保护电阻器。L、L2具有禁止高频干扰并且减弱EMI辐射的功能。LF33CV为3.3 V电压稳压器，与周围元件C1、C2组成强上拉部分，给EEPROM或温度传感器等器件提供额外的电源。
采用PDIUSBD12芯片，这是一种价格便宜、功能完善的并行接口芯片，它支持多路复用、非多路复用和 DMA并行传输。PDIUSBD12接口芯片遵从协议USB1.1，适合于不同用途的传输类型。PDIUSBD12需要外接微控制器（MCU）来进行协议处理和数据交换，它对MCU没有特殊要求，而且接口方便灵活，因此设计师可以选用自己熟悉的MCU对芯片进行控制，也可利用Philips公司的固件 （firmware）结构来缩短开发时间、降低风险、减小投资。
性能特点
PDIUSBD12除了具有USB设备的一般特性外，还具有如下特点：
（1）是一种高性能的USB接口芯片，其内部集成有 SIE（Serial Interface Engine）、320字节的FIFO、收发器和电压调节器。
（2）适用于大部分设备类规范。可与任何外部微控制器/微处理器实现高速并行接口，其速度可高达2Mbit/s。
（3）可进行完全独立的DMA操作。
（4）主端点配置有双缓冲，因而可提高数据的吞吐量、减小数据传输时间，轻松实现数据的实时传输。
（5）当采用同步传输方式时，数据的传输速度为1Mbit/s;而采用批量传输方式的速度为1Mbyte/s。在使用上述方式进行数据传输时，可方便地使用多种中断方式。
（6）带有可编程的时钟输出，与USB总线的连接可通过软件来控制（Soft Connect TM）。
（7）有两种工作电压可供选择：分别为3.3±0.3V和3.6～5.5V。
（8）输出和数据传输状态可通过USB连接指示灯来监控。
usb接口电路图（三）
图中用1欧的电阻F1起到保险丝的作用，用一个二极管D1完成整流作用。接通电源后，C1会有300V左右的直流电压，通过R2给Q1的基极提供电流，Q1的发射极有R1电流检测电阻R1，Q1基极得电后，会经过T1的（3、4）产生集电极电流，并同时在T1的（5、6）（1、2）上产生感应电压，这两个次级绝缘的圈数相同的线圈，其中T1（1、2）输出由D7整流、C5滤波后通过USB座给负载供电；其中T1（5、6）经D6整流、C2滤波后通过IC1（实为4.3V稳压管）、Q2组成取样比较电路，检测输出电压高低；其中T1（5、6）、C3、R4还组成Q1三极管的正反馈电路，让Q1工作在高频振荡，不停的给T1（3、4）开关供电。当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，T1（5、6）、IC1取样比较导致Q2导通，Q1基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低；当输出电压降低后，Q2取样后又会截止，Q1的负载能力变强，输出电压又会升高；这样起到自动稳压作用。
本电路虽然元件少，但是还设计有过流过载短路保护功能。当负载过载或者短路时，Q1的集电极电流大增，而Q1的发射极电阻R1会产生较高的压降，这个过载或者短路产生的高电压会经过R3让Q2饱和导通，从而让Q1截止停止输出防止过载损坏。因此，改变R1的大小，可以改变负载能力，如果要求输出电流小，例如只需要输出5V100MA，可以将R1阻值改大。当然，如果需要输出5V500MA的话，就需要将R1适当改小。注意：R1改小会增加烧坏Q1的可能性，如果需要大电流输出，建议更换13003、13007中大功率管。
C4、R5、D5起什么作用呢？T1变压器是电感元件，Q1工作在开关状态，当Q1截止时，会在集电极感应出很高的电压，这个电压可能高达1000伏以上，这会使Q1击穿损坏，现在有了高速开关管D5，这个电压可以给C4充电，吸收这个高压，C4充电后可以立即通过R5放电，这样Q1不会因集电极的高电压击穿损坏了，因此，这三个元件如有开关或者损坏，Q1是非常危险的，分分秒秒都可能会损坏。
usb接口电路图（四）
当F105配置为时， PA9/OTG_FS_VBUS是用来检测presense USB主机的。设计评估显示PA9/OTG_FS_VBUS引脚通过一个零欧姆电阻连接到5 VBUS 。有这种方法有两个潜在的问题。该第一电势的问题是， PA9/OTG_FS_VBUS输入，虽然它是5V容限，可能损坏（如每ST支持）如果连接到5V时的STM32F105 VDD为0V。这可能发生在两个自供电和主机供电的应用。当电源关闭/拔出，而USB连接到主机仍处于活动状态，这将发生在一个自供电的应用。这将发生在一个主机供电应用过程中所花费的VDD稳压器来达到它的稳压输出电压所需的时间。一些设计师建议之间的PA9/OTG_FS_VBUS引脚和5V VBUS串联电阻。
1、Vcc脚会与主机的5v电源接通。子机这边可以悬空，也可以做供电，还可以做连接识别（电阻分压之后高即为连接主机）。
2、存在D+上拉或者D-上拉两种情况，告诉主机当前的USB通信速度，FS或者HS。
3、电阻接IO上拉，往往是子机为了实现自我复位，通知主机重新识别，效果等同于拔掉USB接头重新插入一次。
USB接口电路的原理图中，R3是上拉电阻器，它可使USB口的D+端上拉到DS2490S的VB端，表示USB主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有USB设备插入。该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1-Wire网络的总长决定1-Wire总线电压上升到5 V的速度。经过实验测试选择R3的阻值为27 Ω±lO%。R1、R2为USB数据线保护电阻器。L、L2具有禁止高频干扰并且减弱EMI辐射的功能。LF33CV为3.3 V电压稳压器，与周围元件C1、C2组成强上拉部分，给EEPROM或温度传感器等器件提供额外的电源。
采用PDIUSBD12芯片，这是一种价格便宜、功能完善的并行接口芯片，它支持多路复用、非多路复用和 DMA并行传输。PDIUSBD12接口芯片遵从协议USB1.1，适合于不同用途的传输类型。PDIUSBD12需要外接微控制器（MCU）来进行协议处理和数据交换，它对MCU没有特殊要求，而且接口方便灵活，因此设计师可以选用自己熟悉的MCU对芯片进行控制，也可利用Philips公司的固件 （firmware）结构来缩短开发时间、降低风险、减小投资。
性能特点
PDIUSBD12除了具有USB设备的一般特性外，还具有如下特点：
（1）是一种高性能的USB接口芯片，其内部集成有 SIE（Serial Interface Engine）、320字节的FIFO、收发器和电压调节器。
（2）适用于大部分设备类规范。可与任何外部微控制器/微处理器实现高速并行接口，其速度可高达2Mbit/s。
（3）可进行完全独立的DMA操作。
（4）主端点配置有双缓冲，因而可提高数据的吞吐量、减小数据传输时间，轻松实现数据的实时传输。
（5）当采用同步传输方式时，数据的传输速度为1Mbit/s;而采用批量传输方式的速度为1Mbyte/s。在使用上述方式进行数据传输时，可方便地使用多种中断方式。
（6）带有可编程的时钟输出，与USB总线的连接可通过软件来控制（Soft Connect TM）。
（7）有两种工作电压可供选择：分别为3.3±0.3V和3.6～5.5V。
（8）输出和数据传输状态可通过USB连接指示灯来监控。
图中用1欧的电阻F1起到保险丝的作用，用一个二极管D1完成整流作用。接通电源后，C1会有300V左右的直流电压，通过R2给Q1的基极提供电流，Q1的发射极有R1电流检测电阻R1，Q1基极得电后，会经过T1的（3、4）产生集电极电流，并同时在T1的（5、6）（1、2）上产生感应电压，这两个次级绝缘的圈数相同的线圈，其中T1（1、2）输出由D7整流、C5滤波后通过USB座给负载供电；其中T1（5、6）经D6整流、C2滤波后通过IC1（实为4.3V稳压管）、Q2组成取样比较电路，检测输出电压高低；其中T1（5、6）、C3、R4还组成Q1三极管的正反馈电路，让Q1工作在高频振荡，不停的给T1（3、4）开关供电。当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，T1（5、6）、IC1取样比较导致Q2导通，Q1基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低；当输出电压降低后，Q2取样后又会截止，Q1的负载能力变强，输出电压又会升高；这样起到自动稳压作用。
本电路虽然元件少，但是还设计有过流过载短路保护功能。当负载过载或者短路时，Q1的集电极电流大增，而Q1的发射极电阻R1会产生较高的压降，这个过载或者短路产生的高电压会经过R3让Q2饱和导通，从而让Q1截止停止输出防止过载损坏。因此，改变R1的大小，可以改变负载能力，如果要求输出电流小，例如只需要输出5V100MA，可以将R1阻值改大。当然，如果需要输出5V500MA的话，就需要将R1适当改小。注意：R1改小会增加烧坏Q1的可能性，如果需要大电流输出，建议更换13003、13007中大功率管。
C4、R5、D5起什么作用呢？T1变压器是电感元件，Q1工作在开关状态，当Q1截止时，会在集电极感应出很高的电压，这个电压可能高达1000伏以上，这会使Q1击穿损坏，现在有了高速开关管D5，这个电压可以给C4充电，吸收这个高压，C4充电后可以立即通过R5放电，这样Q1不会因集电极的高电压击穿损坏了，因此，这三个元件如有开关或者损坏，Q1是非常危险的，分分秒秒都可能会损坏。
usb接口电路图（四）
当F105配置为时， PA9/OTG_FS_VBUS是用来检测presense USB主机的。设计评估显示PA9/OTG_FS_VBUS引脚通过一个零欧姆电阻连接到5 VBUS 。有这种方法有两个潜在的问题。该第一电势的问题是， PA9/OTG_FS_VBUS输入，虽然它是5V容限，可能损坏（如每ST支持）如果连接到5V时的STM32F105 VDD为0V。这可能发生在两个自供电和主机供电的应用。当电源关闭/拔出，而USB连接到主机仍处于活动状态，这将发生在一个自供电的应用。这将发生在一个主机供电应用过程中所花费的VDD稳压器来达到它的稳压输出电压所需的时间。一些设计师建议之间的PA9/OTG_FS_VBUS引脚和5V VBUS串联电阻。
1、Vcc脚会与主机的5v电源接通。子机这边可以悬空，也可以做供电，还可以做连接识别（电阻分压之后高即为连接主机）。
2、存在D+上拉或者D-上拉两种情况，告诉主机当前的USB通信速度，FS或者HS。
3、电阻接IO上拉，往往是子机为了实现自我复位，通知主机重新识别，效果等同于拔掉USB接头重新插入一次。
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