高速USB接口设计
基于Verilog的FPGA与USB 2.0高速接口设计
基于Verilog的FPGA与USB 2．0高速接口设计2009-04-28 14:41:36 来源：与非网关键字：Verilog FPGA USB2．0高速接口设计0 引言USB(通用串行总线)是英特尔、微软、IBM、康柏等公司1994年联合制定的一种通用串行总线规范，它具有数据传输速度快，成本低，可靠性高，支持即插即用和热插拔等优点，迅速得到广泛应用。
在高速的数据采集或传输中，目前使用较多的都是采用USB 2．0接口控制器和FPGA或DSP实现的，本设计在USB 2．0接口芯片CY7C68013的Slave FIFO模式下，利用FPGA作为外部主控制器实现对FX2 USB内部的FIFO进行控制，以实现数据的高速传输。
该模块可普遍适用于基于USB 2．0接口的高速数据传输或采集中。
l 系统硬件模块设计1．1 系统硬件框图图1中展示了Slave FIFO方式下FX2 USB和FPGA的典型连接。
其中，FD[7．．O]为8位双向数据总线FLAGA~FLAGC 为FX2内FIFO的标志管脚，映射FIFO的当前状态；SLCS为Slave FIFO的片选信号；SLOE用于使能数据总线FD的输出；FIFOADR[1．．0]用于选择和FD连接的端点缓冲区(00代表端点2，01代表端点4，10代表端点6，11代表端点8)；SLRD和SLWR可分别作为FIFO的读写选通信号。
1．2 USB 2．0接口芯片CY7C680131．2．1 CY7C68013的结构特点Cypress公司的USB FX2是第一个包含USB 2．0的集成微控制器，它内部集成了1个增强型的8051，1个智能USB 串行接口引擎，1个USB数据收发器，3个8位I／O口，16位地址线，8．5 KB RAM和4 KBFIFO等。
增强性8051内核完全与标准8051兼容，而性能可达到标准8051的3倍以上。
其框图如图2所示。
1．2．2 CY7C68013的工作模式CY7C68013有Ports模式、Slave FIFO和GPIF三种接口方式。
USB2.0中物理层接口的设计
USB2.0中物理层接口的设计
USB（Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机和外部设备的通用接口标准。
USB接口的设计包括物理层、数据链路层、网络层和传输层等多个方面，其中物理层接口设计是USB通信的基础。
USB2.0是USB接口的一种版本，具有更高的传输速度和更好的兼容性。
在USB2.0中，物理层接口的设计是为了提供可靠的数据传输和稳定的电力传输。
该设计的目标是在不增加成本和复杂性的情况下，提供更高的传输速度和更好的性能。
USB2.0物理层接口的设计使用了差分信号传输技术。
差分信号传输技术通过同时传输正负两个相等但反相的电信号来传输数据。
这种设计可以有效地抵抗电磁干扰和噪声，提高数据传输的可靠性和稳定性。
在物理层接口设计中，USB2.0还使用了多级信号放大器和等化器等技术来增强信号的强度和稳定性。
多级信号放大器可以增加信号的幅度，提高传输距离和速度。
而等化器可以对信号进行补偿，消除传输过程中的失真和衰减，确保数据的完整性和准确性。
此外，USB2.0物理层接口的设计还考虑了功耗和供电问题。
USB2.0接口提供了两个供电线路，分别用于传输数据和提供电力。
这样可以避免数据传输对供电造成的干扰，保证设备的正常工作。
USB2.0中物理层接口的设计不仅仅关注了传输速度和性能，还考虑了可靠性、稳定性和兼容性等方面。
通过使用差分信号传输技术、多级信号放大器和等化器等技术，USB2.0接口能够在不增加成本和复杂性的情况下提供更好的数据传输和电力传输能力。
这些设计的应用使得USB2.0成为一种被广泛应用于计算机和外部设备连接的通用接口。
基于DSP的USB2.0高速通信接口设计与实现
中图 分类号 ： ２ ４ ＴＰ ７
文 献标识 码 ： Ａ 口（ ｏ ｔ ｏｔｉｔｒａｅ ＨＰ ） 口， Ｘ ｈ ｓ ｐ ｒ ｅｆｃ ， Ｉ接 ｎ Ｆ ２可 方 便地 通
０ 引 言
通用 串行 总 线 （ ｎｖｒａ ｓｒ ｌ ｕ ， Ｂ） 是 ｕ ｉｅｓｌ ｅｉ ｓＵＳ ， ａｂ
ＵＳ Ｂ控 制 芯 片 同 Ｄ Ｐ连 接 ， Ｂ 控 制 芯 片 实 现 Ｓ ＵＳ
任何 通 用 总线 接 口进行 访 问 ， ＡＳＣ， Ｓ 如 Ｉ Ｄ Ｐ等 。波 形 描 述 符 通 过 硬 件 接 口 ＧＰＦ实 现 数 据 的 输 入 输 Ｉ
出 ， Ｇ Ｉ 是 Ｆ ２端点 Ｆ Ｆ 存 储 器 的 内部 控 而 Ｐ Ｆ就 Ｘ ＩＯ 制器 ， 它能装 载 ４个 控 制 波 形 ， 别 是 单 数 据读 ／ 分 写 操作 与 Ｆ Ｆ 读 ／ 操 作 。 在本 设 计 中我 们 采 用 了 ＩＯ 写
详 细讨论 。
通用 可 编 程 接 口（ ｅ ｅａ ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ ｉｔｒ ｇ ｎ ｒｌ ｒｇ ａ ｂｅ ｎ ｅ—
ｆｃ ， Ｉ） Ｆ ａｅＧＰＦ 是 Ｘ２提 供 的一 个 可 由 用 户 编 程 的接 口 ， 有 高速 、 活 等 特点 ， 方 便 地 实 现 与各 种 外 具 灵 可
设 之 间 的无缝 连 接［ 。在 ＧＰ Ｆ模式下 ， Ｘ Ｉ Ｆ ２可 由 软件 编 程来输 出读 写控 制 波 形 。这 时 ， 几乎 可 对 它
１ 基于 Ｄ Ｐ的 Ｕ Ｂ ． 口模式 的设计 ６ Ｓ ２０接
Ｄ Ｐ同 ＵＳ Ｓ Ｂ的连接 方 式大体 有 以下 ２种方法 ； ① 利用 ＵＳ Ｂ接 口芯 片 与 Ｄ Ｐ连 接 ， Ｓ 通过 Ｄ Ｐ的程 Ｓ 序实 现 ＵＳ Ｂ的协 议 ， 此种方 式 的缺 点是 程序 设计 较 复杂 ， 但在数 据 交 换 速 度 上 有 一 定 的 保 障 ； 利 用 ②
基于USB 3.0的高速数据传输接口设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C! 引 言
随着高速数据采集技术的不断发展&对采集数据的传 输速度的 要 求 也 越 来 越 高% 高 速 数 据 传 输 方 式 纷 繁 复 杂& 其所能达到的最大传输速率也不尽相同%目前使用较多的 高速数据传输方式主要 有 8a/]&光 纤&8G/]&8G/等& 但 这些方式几乎都有布线复杂)程序编写复杂以及功耗较高& 体积庞大等缺点&使得在开发时&由于其布线复杂&程序 编写复杂&在对于电路设计要求较高的同时也不利于后期 调试&从而 延 迟 开 发 周 期$ 在 使 用 时& 由 于 功 耗 较 大& 导 致能源利 用 率 不 高&器 件 还 会 发 热& 导 致 接 口 寿 命 降 低& 同时由于体积庞 大&在 某 些 狭 窄 环 境 下 使 用 不 便%而 ;@M )[#作为新晋的高速数据传输方式&以 其布 线经 济)安 装 简 单)高达%:P,5-K的 带 宽)可 支 持 热 插 拔)与 更 多 计 算 平 台之间存在兼容性等优点&在与计算机交换数据的过程中
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计算 机 测 量 与 控 制 !"#"#!"$!%"! !"#$%&'( )'*+%('#',& - !",&(".!
Microchip高速和超高速USB集线器设计
FS眼图
电压
其他终端
LS眼图
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C15L01 USB
Slide
18
协议
USB的世界包罗万象，有许多不同的协议可供选择 USB1.1引入了USB FS/LS 全速和低速 USB2.0引入了USB HS 高速 HSIC USB3.0引入了USB SS 超高速 USB BC1.2
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在通信挂起后主机若想唤醒设备，可将数据线上信号的极性翻 转至少20 ms。
具 有 远 程 唤 醒 功 能 集 的 设 备 还 可 以 自 行 发 起 恢 复 （ 15 ms Kstate） 一旦恢复.…端口返回 “已使能”状态
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C15L01 USB
Slide
3
定义
机为其分配一个地址并使能它。此时，可认为设备已配置
上行端口 —— USB集线器上面向USB主机的端口 下行端口 —— USB集线器上面向USB设备的端口 自供电 —— 由直接连接至USB设备或集线器的电源供电 总线供电 —— 由USB连接器的 VBUS引脚供电 已配置/未配置 —— 初次连接时USB设备未配置，直至主
MultiTRAK
Upstream PHY
Speed Key: 480 Mbps Path 12 Mbps Path
基于CY7C68013A的USB2.0高速接口设计
Ｋｅ ｙ ＷＯ ｒ ｄ ｓ： ＵＳ Ｂ ２． ０； Ｃ Ｙ７ Ｃ ６ ８ ０ １ ３ Ａ； Ｆ Ｐ ＧＡ
Ｕ Ｓ Ｂ （ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｂ ｕ ｓ ） 是 一 种 通 用 串行 总 线 ， 主 要 用于 Ｕ Ｓ Ｂ 主机 和 Ｕ Ｓ Ｂ设 备 的通 信 。Ｕ Ｓ Ｂ接 口 以其 快 速 、 即
Ｃ Ｐ Ｕ 不参 与数 据 传 输 ， Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 设 计 的 外部 控 制 电路 直接 读 写芯 片 内部 Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ， 有 效 避 免 了 内部 Ｃ Ｐ Ｕ参 与 数 据 传 输 时 带 来 的 时 间开 销 ， 从 而提 高 了 传 输 速 度 。
关 键 词 ：Ｕ Ｓ Ｂ ２ ． ０；Ｃ Ｙ７ Ｃ ６ ８ ０ １ ３ Ａ；Ｆ Ｐ ＧＡ
ＵＳ Ｂ２ ． ０ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＹ ７ Ｃ ６ ８ ０１ ３ Ａ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．ＣＹ７ Ｃ ６ ８ ０１ ３ Ａ ｒ ｕ ｎ ｓ ａ ｔ Ｓ Ｌ ＡＶＥ Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ ｍｏ ｄ ｅ 。 ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｉ ｐ’ Ｓ ＣＰ Ｕ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ｉ ｎ ｖ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ Ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｆ Ｐ ＧＡ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｗｒ ｉ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｉ ｐ Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ —
USB接口技术及电路设计分析
USB接口技术及电路设计分析USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口技术是一种用于连接计算机与外部设备的通信接口标准。
USB接口技术已经成为现代计算机及相关设备的主要接口之一，广泛应用于各种设备，包括鼠标、键盘、打印机、摄像头、存储设备等。
本文将对USB接口技术及其电路设计进行分析，主要包括接口规范、传输速度、电路设计等内容。
一、USB接口规范USB接口技术的发展离不开其规范的标准化。
USB接口规范由USB Implementers Forum（USB实施者论坛）制定，目前最新的USB规范版本为USB 3.2、USB规范定义了USB接口的物理连接、信号传输方式、电气特性等方面的要求，确保了不同厂商的设备能够互相兼容。
二、传输速度USB接口技术支持多种传输速率，包括低速（1.5 Mbps）、全速（12 Mbps）、高速（480 Mbps）和超高速（5 Gbps及更高）。
不同的设备根据其传输需求可以选择不同的速率。
此外，USB 3.0引入了新的SuperSpeed+规范，提供了超高速传输速率，可达到10 Gbps的传输速度。
三、电路设计1.PHY芯片：USB接口电路设计的核心是PHY芯片（物理层接口芯片），其功能是负责将上层协议层的数据转换为物理层信号，并与外部设备进行通信。
PHY芯片一般包括时钟管理、数据缓冲、电压转换、信号解调等功能模块。
B控制器：USB接口电路设计中的另一个重要组成部分是USB控制器。
USB控制器主要负责管理和控制USB接口的插拔检测、数据传输、电源管理等功能。
USB控制器可以是在主处理器上实现的软件控制器，也可以是独立的硬件控制器。
3.电源管理：USB接口电路设计中的一个重要考虑因素是电源管理。
USB接口可以通过提供电源来为外部设备供电，也可以通过从外部设备接收电源来为设备充电。
为了保证电源的稳定性和可靠性，电路设计中通常需要考虑电源隔离、电源过载保护、稳压电路等。
USB接口设计中的注意事项
USB接口设计中的注意事项
在设计USB接口时，有一些关键的注意事项需要考虑，以确保设备能够正常工作并具有良好的性能。
首先，要确保USB接口符合相关的规范和标准，以确保设备能够与其他USB设备兼容。
其次，要注意保证电气特性的稳定性和一致性。
USB接口的工作稳定性对于设备的性能至关重要，因此在设计过程中要注意避免电气干扰和不稳定因素。
另外，要考虑USB接口的物理形态和连接方式。
USB接口通常有多种形态，如Type-A、Type-B、Micro USB和USB-C等，设计时需要根据设备的需要选择合适的接口类型，并确保连接方式牢固可靠。
此外，要注意USB接口的传输速度和数据传输稳定性。
USB接口通常支持多种传输速度，如USB 2.0、USB 3.0和USB 3.1等，设计时需要根据设备需求选择合适的传输速度，并确保数据传输稳定可靠。
最后，要注意USB接口的供电能力和功耗管理。
USB接口通常可以提供设备所需的电力供应，因此在设计时需要确保接口能够提供足够的电力，并合理管理功耗，以确保设备能够稳定工作并具有良好的性能表现。
综上所述，设计USB接口时需要注意符合规范标准、保证电气特性稳定、选择合适的物理形态和连接方式、考虑传输速度和数据传输稳定性、以及关注供电能力和功耗管理等关键因素，以确保设备能够正常工作并具有良好的性能。
在实际设计中，应该综合考虑这些方面，并根据具体情况进行灵活应用，以实现最佳的设计效果。