usb硬件解析及设计
usb解码方案
USB解码方案引言USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是连接计算机与外部设备的一种标准接口技术。
它被广泛应用于计算机周边设备、移动设备和消费电子产品中。
一种常见的应用场景是使用USB接口连接音频设备，如DAC（数字模拟转换器）、音频接口等。
在音频领域，USB解码方案用于将数字音频信号转换为模拟音频信号，并用于提供更高质量的音频输出。
本文将介绍USB解码方案的基本原理、硬件实现和软件驱动等方面的内容。
1. USB解码方案的工作原理USB解码方案的工作原理可以简单划分为两个阶段：USB接口通信和数字音频转换。
1.1 USB接口通信USB接口通信是指通过USB总线传输数据，包括音频数据、控制指令等。
一般采用的是USB2.0或USB3.0标准，其中USB2.0的最高传输速率为480Mbps，而USB3.0的最高传输速率可达到5Gbps。
在USB接口通信中，需要使用USB控制器实现对USB总线的控制和数据传输。
USB控制器包括主控制器（Host Controller）和从设备控制器（DeviceController）。
主控制器负责管理USB总线上的设备，从设备控制器负责控制单个设备与主控制器之间的通信。
1.2 数字音频转换数字音频转换是指将USB接收到的音频数据转换为模拟音频信号。
这一过程需要使用DAC芯片（Digital-to-Analog Converter）来完成。
DAC芯片将数字音频信号转换为模拟音频信号，然后通过放大电路输出到音频输出接口。
2. USB解码方案的硬件实现USB解码方案的硬件实现主要包括USB接口芯片和DAC芯片。
2.1 USB接口芯片USB接口芯片是用于实现USB接口通信的关键部件。
常用的USB接口芯片有CY7C68300、USB2514等。
这些芯片具有良好的兼容性和稳定性，能够满足高速数据传输的要求。
2.2 DAC芯片DAC芯片是用于数字音频转换的关键部件。
硬件设计：接口--USB2.0电路设计
硬件设计：接⼝--USB2.0电路设计参考资料：⼀、USB2.0物理特性 1.1、USB接⼝ USB连接器包含4条线，其中VBUS、GND⽤于提供5V电源，电流可达500mA；⽽D+、D-⽤于USB数据传输。
D+、D-是⼀组差分信号，差分阻抗为90欧，具有极强的抗⼲扰性；若遭受外界强烈⼲扰，两条线路对应的电平会同时出现⼤幅度提升或降低的情况，但⼆者的电平改变⽅向和幅度⼏乎相同，所以两者之间的电压差值可始终保持相对稳定。
扩展：USB OTG(即USB On-The-Go)技术在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理(节省功耗)功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作，实现了在没有主机的情况下，设备与设备之间的数据传输。
例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB⼝，将拍出的相⽚⽴即打印出来。
USB OTG接⼝中有5条线： 2条⽤来传送数据D+ 、D-; 2条是电源线VBUS、GND; 1条是ID线，⽤于识别不同的电缆端点，mini-A插头(即A外设)中的ID引脚接地，mini-B插头(即B外设)中的ID引脚浮空。
当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表⽰默认的是A设备(主机)，⽽检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备(外设)。
1.2、反向不归零编码(NRZI) 反向不归零编码(Non Return Zero Inverted Code)的编码⽅式⾮常简单，即⽤信号电平的翻转代表“0”，信号电平保持代表“1”。
这种编码⽅式既可以保证数据传输的完整性，还不需要传输过程中包含独⽴的时钟信号，从⽽可以减少信号线的数量。
但是当数据流中出现长“1”电平时，就会造成数据流长时间⽆法翻转，从⽽导致接收器丢失同步信号，使得读取的时序发⽣严重的错误；所以在反向不归零编码中需要执⾏位填充的⼯作，当数据流中出现连续6个“1”电平就要进⾏强制翻转(即⾃动添加⼀位“0”电平)，这样接收器在反向不归零编码中最多每七位就会出现⼀次数据翻转，从⽽保证了接收器的时钟同步，同时接收器端会扔掉⾃动填充的“0”电平，保证了数据的正确性(即使连续6个“1”电平后为“0”电平,NRZI仍然会填充⼀位“0”电平); USB的数据包就是采⽤反向不归零编码⽅式，所以在总线中不需要时钟信号。
cyusb3014硬件设计方案
cyusb3014硬件设计方案CYUSB3014是一款高性能USB 3.1 Gen 1外围设备控制器，广泛应用于各种USB接口设备中。
本文将详细介绍CYUSB3014的硬件设计方案，包括电路原理图、PCB布局、供电系统等关键设计要点。
一、总体设计方案CYUSB3014的硬件设计方案主要包括如下几个方面：电源管理、时钟系统、传输接口、外设接口以及调试接口等。
1. 电源管理CYUSB3014采用3.3V供电，需要提供一个稳定可靠的电源系统。
一般建议使用线性稳压器或者开关稳压器来提供3.3V电源，同时要遵循电源滤波、去耦、综合保护等设计原则。
2. 时钟系统CYUSB3014需要外部提供参考时钟，常用的方案是使用晶体振荡器与时钟输入引脚相连，振荡器的频率一般为19.2MHz。
此外，还需要为CYUSB3014提供一个时钟源，用于USB通信的时钟同步。
3. 传输接口CYUSB3014支持USB 3.1 Gen 1传输接口，可通过SuperSpeed USB 连接到主机。
在设计传输接口时，需要合理布局USB差分信号对，保证信号传输的稳定性和可靠性。
此外，还需要为数据线提供合适的阻抗匹配电路，以减少信号损耗。
4. 外设接口CYUSB3014支持多种外设接口，如UART、SPI、I2C等。
在设计外设接口时，需要根据实际需求选择合适的接口类型，并遵循相应的电气规范和信号传输原则。
5. 调试接口为了方便调试和测试，CYUSB3014提供了JTAG调试接口。
在设计时，需要保留JTAG接口的引脚，并为其提供合适的连接器，以便于联机调试和故障排除。
二、电路原理图设计电路原理图是CYUSB3014硬件设计的基础，它展示了CYUSB3014与其他电路元件之间的连接关系。
在绘制电路原理图时，需要清晰标注各个元器件的型号、数值和引脚信息，并按照信号流的方向进行布局。
三、PCB布局设计PCB布局设计是CYUSB3014硬件设计中至关重要的一环，它直接关系到电路的稳定性和性能。
USB接口硬件设计方案分析及比较
１ 引 言
通用 串行总线（ ｎｖｒａ Ｓｒ ｕ ，简称ＵＳ ） １９ Ｕ ｉｅｓｌ ｅ ａ Ｂ ｓ ｉ ｌ Ｂ是 ９ ５
年Ｉｔ 、Ｍｉｒｓｆ ｏ ａ 、Ｉ Ｍ、Ｎ Ｃ ｎｅ ｒ ｃ ｏｔ ｏ 、Ｃ ｍｐ ｑ Ｂ Ｅ 等公司为 了解决 传统总线的不足 ，而推出的一种新 型串行通信标准…。到今
中图分类号 ：Ｔ ３４ ７ Ｐ ３ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７－ ２ ９（０ ７ ９ ０９ － ４ ６ ３ ２ １ ２０ ）０ － ０ １０ 随着ＵＳ 应用的 日益广泛 ，Ｉｔ 、Ｍｏｏｏａ ｙ ｒｓ、 Ｂ ｎｅ ｌ ｔｒｌ、Ｃ ｐｅｓ Ｍｉｒｃ ｉ、 ｈｌ ｓ ｃｏｈｐ Ｐ ｉｐ等芯片厂商相继推出了品种 繁多 的Ｕ Ｂ ｉ Ｓ 芯
信 号的鉴 定／ 生成等 。采 用８（ １ Ｐ Ｕ Ｂ ２ ０２ ＋ ＤＩ Ｓ ＤＩ 实现 Ｕ Ｂ ５ Ｓ 接
口，可以说是Ｕ Ｂ 口的典型范例。 Ｓ接
图 １ Ｅ ＢＦ ２实现 Ｕ Ｂ接 口硬 件 结 构框 图 ＺＵＳ Ｘ Ｓ
软件即可满足需 求。真正实现 了所谓的 “ ｏｔＳ ｌｔ ｎ Ｓ ｆ ｏｕｉ ”。 ｏ
硬件 电路的设计 ，同时进行分析和 比较 ，以供Ｕ Ｂ 习、设 Ｓ学 计人员参考 。
Ｃ ｐ ｓ公 司推 出的Ｅ － Ｓ ｙｒ ｓ ｅ ＺＵ Ｂ系 列Ｕ Ｂ总线 接 口控 制芯 Ｓ
片， 降低 了ＵＳ Ｂ开发的技术 门槛 和开发成 本，大大加快 了产
品的研发周期，使 开发人 员无须过多 了解 Ｕ Ｂ的技术 细节， Ｓ 就可 以迅速开发 出高效的Ｕ Ｂ 产品。 Ｓ
行 所有基本的Ｕ Ｂ功能 ，将嵌入式ＭＣ Ｓ Ｕ解放出来 以肘 １实 ： 现专 用的功能， 并保证其持续 的高性能的传输速率 。 Ｘ 采用 Ｆ２ 再 次枚举 （ ｅ ｍｅａ ｏ ）技术 ，固件程序 可以保存在主机 Ｒ Ｎｕ ｒｔ ｎ ｉ 上 ，每 次上 电后通过ＵＳ Ｂ接 口将 固件程序下载到芯片Ｒ ＡＭ
USB硬件设计技术基础指南V1.1
USB硬件设计技术基础指南V1.1USB硬件设计技术基础指南⽬录1、概述 (3)2、USB2.0硬件设计规范指导 (3)2.1 USB 接⼝定义 (3)2.2 USB原理图设计指导 (4)2.3 USB布局和⾛线设计 (5)2.3.1 布局设计 (6)2.3.2 布线设计 (6)3、Test Validation (10)3.1 USB眼图测试 (10)3.1.1设备需求 (10)3.1.2 USB眼图测试过程 (11)4、USB布线布局失效分析案例 (12)4.1 原理图 (12)4.2 PCB布局以及PCB布线 (13)5、USB Cable设计 (16)5.1 USB cable内部结构参考 (16)5.2 USB cable的制作标准参考 (16)5.3 USB 2.0cable制作检查表及相关参数介绍 (17)6、USB3.0展望 (19)6.1 USB3.0硬件设计注意事项 (20)7、USB OTG简介 (20)7.1 USB OTG概述 (20)7.2 USB OTG接⼝定义 (22)7.3 USB OTG设计规范 (22)8、USB 2.0设计Check list (22)9、参考⽂献 (22)1、概述通⽤串⾏总线，简称USB，是连接计算机系统与外部设备的⼀个串⼝总线标准，也是⼀种输⼊输出接⼝的技术规范，被⼴泛应⽤于个⼈电脑和移动设备等娱乐通讯产品中，并迅速扩展⾄数字电视、游戏机，车载影⾳娱乐系统等其他领域。
USB2.0⽬前⼴泛应⽤于公司的各个机型之中，其中不仅仅包括⼀些外置的USB端⼝应⽤，⽽且⼀些模块的通讯接⼝也⼴泛采⽤USB2.0的⽅式，例如：3G，Wifi等。
车机的前置⾯板上也有连接MP3，ipod，⼿机等移动设备的USB接⼝。
所以USB2.0设计的好坏直接影响到产品的各个性能，直接关系到产品的质量和产品的可持续性研发。
本⽂分别就⽬前常⽤的USB2.0的硬件设计，PCB布局以及⾛线，EMC，测试验证等⽅⾯进⼊深⼊的讨论，把⽐较有效的电路和PCB布局规则，EMC改进经验融⼊进去，以便指导我公司产品前期的研发和⽣产以及后期的产品验证，提⾼⼯作效率，降低⽣产成本，使我公司的研发流程进⼀步规范。
USB硬件设计技术基础指南V1.1
USB硬件设计技术基础指南目录1、概述 (3)2、USB2.0硬件设计规范指导 (3)2.1 USB 接口定义 (3)2.2 USB原理图设计指导 (4)2.3 USB布局和走线设计 (5)2.3.1 布局设计 (6)2.3.2 布线设计 (6)3、Test Validation (10)3.1 USB眼图测试 (10)3.1.1设备需求 (10)3.1.2 USB眼图测试过程 (11)4、USB布线布局失效分析案例 (12)4.1 原理图 (12)4.2 PCB布局以及PCB布线 (13)5、USB Cable设计 (16)5.1 USB cable内部结构参考 (16)5.2 USB cable的制作标准参考 (16)5.3 USB 2.0cable制作检查表及相关参数介绍 (17)6、USB3.0展望 (19)6.1 USB3.0硬件设计注意事项 (20)7、USB OTG简介 (20)7.1 USB OTG概述 (20)7.2 USB OTG接口定义 (22)7.3 USB OTG设计规范 (22)8、USB 2.0设计Check list (22)9、参考文献 (22)1、概述通用串行总线，简称USB，是连接计算机系统与外部设备的一个串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛应用于个人电脑和移动设备等娱乐通讯产品中，并迅速扩展至数字电视、游戏机，车载影音娱乐系统等其他领域。
USB2.0目前广泛应用于公司的各个机型之中，其中不仅仅包括一些外置的USB端口应用，而且一些模块的通讯接口也广泛采用USB2.0的方式，例如：3G，Wifi等。
车机的前置面板上也有连接MP3，ipod，手机等移动设备的USB接口。
所以USB2.0设计的好坏直接影响到产品的各个性能，直接关系到产品的质量和产品的可持续性研发。
本文分别就目前常用的USB2.0的硬件设计，PCB布局以及走线，EMC，测试验证等方面进入深入的讨论，把比较有效的电路和PCB布局规则，EMC改进经验融入进去，以便指导我公司产品前期的研发和生产以及后期的产品验证，提高工作效率，降低生产成本，使我公司的研发流程进一步规范。
USB的结构及工作原理
USB的结构及工作原理USB（Universal Serial Bus）是一种用于计算机系统中的连接标准，它能够实现外部设备与计算机之间的高速数据传输和通信。
USB的结构和工作原理复杂，涉及许多不同的组件和协议。
本文将详细介绍USB的结构和工作原理。
B的结构(1)USB总线：USB总线是一个用于传输数据的电缆系统，它连接了计算机和外部设备，负责数据的传输和电源的供给。
(2)主机：主机是USB连接的计算机，它控制着USB系统中的数据流，负责管理数据的发送和接收。
(3)外设：外设是指连接在USB总线上的各种设备，如键盘、鼠标、打印机等。
外设通过USB总线与主机进行数据交换和通信。
(4)器件：USB系统中的各种电子器件，如主控芯片、集线器、接口等。
B的工作原理USB使用一种称为“主从构架”（Master-Slave Architecture）的工作方式。
主设备是负责整个USB系统的控制和管理，它决定数据的流动和设备的操作；而从设备是根据主设备的指令来执行相应的操作。
USB的工作原理如下：(1) 握手（Handshaking）：当外设连接到USB总线上时，它会发送一个握手信号给主机，以示连接状态。
主机接收到握手信号后，会发送一个响应信号给外设。
(2) 枚举（Enumeration）：握手成功后，主机将会对外设进行枚举，也就是检测外设的存在和识别。
主机会通过发送一系列的命令和查询，来确定外设的类型和配置信息。
(3) 配置（Configuration）：在枚举完成后，主机会根据外设的配置信息来进行设备的初始化和设置。
主机会与外设进行通信，确认设备的功能和所需的资源。
(4)数据传输：一旦设备配置完成，主机和外设就可以进行数据的传输。
数据传输可以分为三种方式：控制传输、中断传输和批量传输。
不同的传输方式适用于不同类型的设备和数据。
USB的数据传输采用了一种称为“主伺服传输协议”（Master-Slave Token Protocol）的协议。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Usb硬件解析及设计
USB有“主设备” 和“从设备” 之分。
“主设备” 通常写为“USB HOST”或“USB OTG” ，而“从设备”一般写为“USB DEVICE” 。
STM32F103系列的芯片只能做“USB DEVICE” ，STM32F105
和STM32F107系列才可以做“USB OTG” 。
USB信号是差分信号，信号线为D+、 D-。
在USB HOST端， D+、 D-各接一个15ko hm的下拉电阻。
而在USB DEVICE端，这时就有高速低速设备的区别了。
USB1.0、1.1、2.0协议中
都有定义高低速设备以满足不同情况的需求，这些在硬件上的区别就是：
高速设备：D+ 接一个1.5K的上拉电阻，D-不接；
低速设备则相反：这就是为什么板上的USB接口的D+上接一个1.5K的上拉电阻到3.3V的原因。
这样当USB DEVICE插入到USB HOST中时，如果是高速设备，则D+被拉高，D-不
变；低速设备则与之相反。
这个上拉过程需要大概2.5us的时间，USB HOST在这个时间
内便检测到了该信号，即可判断有USB DEVICE plug in，和该device的类型，然后开始通讯、枚举等。
所以，USB协议虽然非常复杂，一般人不太好掌握，但USB硬件却是非常简单的：如果是USB HOST，例如PC机，那么在USB接口的D+、D-差分线上都接一个15K电阻到
地就可以了；如果是USB DEVICE，例如我们的STM32开发板，那么在USB接口的D+接一个1.5K的上拉电阻到3.3V就可以。
另外，在高速USB传输时，需要考虑信号的完整性问题，即阻抗匹配。
阻抗匹配是指在
能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等，此时的传输不会产生反射，这表明所
有能量都被负载吸收了。
反之则在传输中有能量损失。
下图中的
R55、R56的22欧姆电阻是阻抗匹配电阻。