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USB OTG設(shè)計(jì)
隨著PDA、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品的普及,用于這些設(shè)備與電腦,或設(shè)備與設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注,IEEE1394和USB是用于此類傳輸?shù)膬蓚(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都提供即插即用和熱插拔功能,都可以向外提供電源,也都支持多個(gè)設(shè)備的連接。其中IEE1394支持較高的數(shù)據(jù)傳輸速度,但相對比較復(fù)雜、價(jià)格較高,主要用于需要高速通信的AV產(chǎn)品;而最初的USB標(biāo)準(zhǔn)主要面向低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用,其中USB1.1支持1.5Mbps和12Mbps的傳輸速率,被廣泛用于傳輸速率要求不高的PC機(jī)外設(shè),如:鍵盤、鼠標(biāo)等。USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的推出使USB的傳輸速度達(dá)到480Mbps。而USB OTG技術(shù)的推出則可實(shí)現(xiàn)沒有主機(jī)時(shí)設(shè)備與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。例如:數(shù)碼相機(jī)可以直接與打印機(jī)連接并打印照片,從而拓展了USB技術(shù)的應(yīng)用范圍。圖1是USB技術(shù)的典型應(yīng)用示意圖。
1 主機(jī)通信協(xié)議與對話請求協(xié)議
USB OTG標(biāo)準(zhǔn)在完全兼容USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,增添了電源管理(節(jié)省功耗)功能,它允許設(shè)備既可作為主機(jī),也可作為外設(shè)操作(兩用OTG)。OTG兩用設(shè)備完全符合USB2.0標(biāo)準(zhǔn),并可提供一定的主機(jī)檢測能力,支持主機(jī)通令協(xié)議(HNP)和對話請求協(xié)議(SRP)。在OTG中,初始主機(jī)設(shè)備稱為A設(shè)備,外設(shè)稱為B設(shè)備。可用電纜的連接方式來決定初始角色。圖2所示是用第5個(gè)ID腳確定默認(rèn)主機(jī)的示意圖,兩用設(shè)備使用新型mini-AB插座,從而使mini-A插頭、mini-B插頭和mini-AB插座增添了第五個(gè)引腳(ID),以用于識(shí)別不同的電纜端點(diǎn)。mini-A插頭中的ID引腳接地,mini-B插頭中的ID引腳浮空。當(dāng)OTG設(shè)備檢測到接地的ID引腳時(shí),表示默認(rèn)的是A設(shè)備(主機(jī)),而檢測到ID引腳浮這的設(shè)備則認(rèn)為是B設(shè)備(外設(shè))。系統(tǒng)一旦連接后,OTG的角色還可以更換。主機(jī)與外設(shè)采用新的HNP,A設(shè)備作為默認(rèn)主機(jī)半提供VBUS電源,并在檢測到有設(shè)備連接時(shí)復(fù)位總線、枚舉并配置B設(shè)備。OTG標(biāo)準(zhǔn)為USB增添的第二個(gè)新協(xié)議稱為對話請求協(xié)議(SRP)。SRP允許B設(shè)備請求A設(shè)備打開VBUS電源并啟動(dòng)一次對話。一次OTG對話可通過A設(shè)備提供VBUS電源的時(shí)間來確定(注:A設(shè)備總是為VBUS供電,即使作為外設(shè))。也可通過A設(shè)備關(guān)閉VBUS電源來結(jié)束一閃會(huì)話以節(jié)省功耗,這在電池供電產(chǎn)品中是非常重要的。例如,在兩臺(tái)蜂窩電話通過連接互相交換信息時(shí),一臺(tái)連接在電費(fèi)的mini-A端,是A設(shè)備,默認(rèn)為主機(jī)。另一臺(tái)是B設(shè)備,默認(rèn)為外設(shè)。當(dāng)在不需要USB通信時(shí),A設(shè)備可以關(guān)閉VBUS線,此時(shí)B設(shè)備就會(huì)檢測到該狀態(tài)并進(jìn)入功低耗模式。
2 OTG功能的構(gòu)建
圖3所示電路給出了構(gòu)建OTG功能時(shí)需要在基礎(chǔ)USB外設(shè)上添加的電路,電路中的通用串行總線控制器可以是一個(gè)微處理器和USB SIE(串口引擎),也可以是集成的μP/USB芯片或與USB收發(fā)器相連的ASIC。為總線提供電源的外部設(shè)備需要一路3.3V穩(wěn)壓輸出供電電壓,以便為邏輯電路和連接在D+、D-引腳的1500Ω電阻提供電源。通過D+、D-引腳上的上拉電阻可向主機(jī)發(fā)出設(shè)備已連接的信號(hào),并指示設(shè)備的工作速度。電阻上拉至D+表示全速運(yùn)行,電阻上拉至D-表示低速運(yùn)行。其它端點(diǎn)(包括D+和D-的15kΩ下拉電阻)用于檢測上拉電阻的狀態(tài)。由于USB設(shè)計(jì)需要提供熱插拔功能。因此,其ESD保護(hù)電路主要用于為D+、D-和VBUS引腳提供保護(hù)。
為了增加OTG的兩用功能,必須擴(kuò)充收發(fā)器功能來使OTG設(shè)備既可作為主機(jī)使用,也可以作為外設(shè)使用。而要實(shí)現(xiàn)上述功能,就需要在圖3所示電路中添加D+和D-端的15kΩ下拉電阻并為VBUS提供供電電源。此外,收發(fā)器還需要具備以下三個(gè)條件:
(1)可切換D+/D-線上的上拉和下拉電阻,以提供外設(shè)
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