作者：Eva Murphy and Padraig Fitzgerald

通用串行總線 （USB） 已成為滿足終端設(shè)備之間快速數(shù)據(jù)傳輸不斷增長(zhǎng)的需求的主導(dǎo)接口，例如，在 PC 和便攜式設(shè)備（如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和個(gè)人媒體播放器）之間下載和上傳數(shù)據(jù)。

CMOS開(kāi)關(guān)可用于連接和布線USB系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)線。通過(guò)選擇合適的開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)有設(shè)計(jì)而不是開(kāi)發(fā)新設(shè)計(jì)來(lái)顯著縮短設(shè)計(jì)周期。在本文中，我們將介紹USB，然后繼續(xù)探討開(kāi)關(guān)在提高便攜式媒體播放器、手機(jī)和無(wú)線筆式驅(qū)動(dòng)器等應(yīng)用性能方面的關(guān)鍵作用。我們還展示了開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)如何影響整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并討論了基本設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，例如滿足帶寬要求和最小化信號(hào)反射之間的權(quán)衡。此外，我們建議如何通過(guò)仔細(xì)的電路板布局來(lái)最大化眼圖的開(kāi)口。

什么是USB，為什么它變得如此流行？

USB已成為世界上最受歡迎的PC到外圍設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)。鍵盤、打印機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和移動(dòng)電話是可以連接到 PC 的眾多外圍設(shè)備之一，采用 USB 標(biāo)準(zhǔn)。以前使用串行端口和并行端口的設(shè)備正在遷移到USB，而硬盤驅(qū)動(dòng)器和數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)人員通常選擇USB而不是其他標(biāo)準(zhǔn)，例如FireWire或串行端口通信。與手機(jī)、MP3 播放器和游戲機(jī)的連接是另一個(gè)最近的發(fā)展。

USB的主要吸引力在于即插即用的能力。設(shè)備插入PC機(jī)，被PC識(shí)別;然后，在首次安裝適當(dāng)?shù)能浖螅鳈C(jī) PC 將始終識(shí)別該設(shè)備 — 用戶友好的握手。

USB 實(shí)施者論壇公司是一個(gè)由計(jì)算機(jī)和電子行業(yè)領(lǐng)先公司贊助的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生成機(jī)構(gòu)，它制定了 USB 標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備設(shè)計(jì)可以獲得 USB 認(rèn)證，并在產(chǎn)品上使用 USB 符號(hào)，但前提是要通過(guò)非常嚴(yán)格的軟件和硬件測(cè)試。這確保了從軟件和硬件的角度來(lái)看，所有 USB 認(rèn)證的設(shè)備（無(wú)論是 PC 還是外圍設(shè)備）在互連時(shí)都能正常運(yùn)行。該標(biāo)準(zhǔn)確保所有經(jīng)過(guò)認(rèn)證的軟件例程、連接器、電纜、信號(hào)驅(qū)動(dòng)器和接收器都符合要求，從而確?；ゲ僮餍?。

USB基于串行主從架構(gòu)。通常，PC 是主機(jī)，稱為主機(jī)（圖 1b）;它控制事務(wù)。從站（稱為外設(shè)）告訴主機(jī)其帶寬要求，然后啟動(dòng)數(shù)據(jù)事務(wù)。正常 USB 事件的完整序列包括以下步驟：

外圍設(shè)備插入主機(jī)（啟動(dòng) USB 事件）

握手（外設(shè)識(shí)別，帶寬分配）

批量數(shù)據(jù)傳輸（例如，到打印機(jī)）或外圍輪詢（鼠標(biāo)）

主機(jī)禁用的外圍設(shè)備

外設(shè)已斷開(kāi)連接

圖 1b.典型的主機(jī)和外圍 USB 設(shè)備。

USB系統(tǒng)中使用的硬件使用2線（加接地）差分雙向系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)線D+和D–傳輸數(shù)據(jù)，如圖2所示。數(shù)據(jù)只能在一個(gè)方向上傳輸，因此在一個(gè)實(shí)例中，主機(jī)在外設(shè)接收時(shí)傳輸，然后外設(shè)在主機(jī)接收時(shí)傳輸。USB 標(biāo)準(zhǔn)還包括一條 5V 電源線。它通常用于為下游設(shè)備供電，無(wú)需在低功耗設(shè)備（如 USB 筆式驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和鍵盤）中使用電池。

圖2.USB 互連。

USB 1.1 和 USB 2.0 如何比較？

USB 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三種數(shù)據(jù)速率：低速 （1.5 Mbps）、全速 （12 Mbps） 和高速 （480 Mbps）。USB 1.1 設(shè)備具有 ±3.3V 信號(hào)電平，可在低速和全速下運(yùn)行。USB 2.0 設(shè)備具有 ±400mV 信號(hào)電平，可在低速、全速和高速下運(yùn)行。

表 I. USB 1.1 和 USB 2.0 的比較

	USB 1.1 接口	USB 2.0 接口
象征
命名法	低速/全速	低速/全速/高速
比特率（Mbps）	1.5/12	1.5/12/480
單端幅度	0 V 至 3.3 V	0 V 至 400 mV

什么是 USB On-the-Go （USB OTG）？

許多作為 USB 外圍設(shè)備連接到 PC 的消費(fèi)類產(chǎn)品（如手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)）也可以連接到其他 USB 設(shè)備。由于在這種情況下，PC不能成為主機(jī)，因此外圍設(shè)備之一需要承擔(dān)責(zé)任。USB OTG 定義了雙重角色設(shè)備，它可以充當(dāng)主機(jī)或外圍設(shè)備，并且可以對(duì) PC 和其他便攜式設(shè)備使用相同的連接器。

通過(guò)啟用數(shù)字設(shè)備之間的基本功能，USB OTG使這些PC外設(shè)功能更強(qiáng)大，因此對(duì)消費(fèi)者和企業(yè)用戶更有價(jià)值。當(dāng)然，USB OTG設(shè)備將連接到PC，因?yàn)樗鼈兎蟄SB 2.0規(guī)范。此外，它們的主機(jī)功能有限，無(wú)法連接到一組目標(biāo)的其他 USB 外圍設(shè)備。當(dāng)兩個(gè)雙角色設(shè)備通過(guò)電纜連接在一起時(shí)，電纜會(huì)設(shè)置默認(rèn)主機(jī)和默認(rèn)外圍設(shè)備。如果應(yīng)用程序要求反轉(zhuǎn)角色，則主機(jī)協(xié)商協(xié)議 （HNP） 會(huì)提供握手來(lái)執(zhí)行該功能，用戶完全看不到這種反轉(zhuǎn)。

USB 1.1/USB 2.0 的交換機(jī)要求是什么？

USB 數(shù)據(jù)線 D+ 和 D–可通過(guò)內(nèi)部 CMOS 開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接和路由。在圖3的示例中，開(kāi)關(guān)與每條數(shù)據(jù)線串聯(lián)連接。使用多路復(fù)用器可提供額外的交換機(jī)容量。低速、全速和高速 USB 使用 45 歐姆系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)器的源阻抗為 45 歐姆，接收器的接地端接為 45 歐姆。所有 USB 電纜和磁道應(yīng)具有 45 歐姆的單端阻抗，以保持信號(hào)完整性。稍后我們將討論傳輸線阻抗和電路板布局

圖3.USB 45 歐姆系統(tǒng)。

USB標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，以確保信號(hào)的處理符合其要求。其中一個(gè)關(guān)鍵的測(cè)試是“眼睛”圖。這是一個(gè)直觀的視覺(jué)測(cè)試，可以說(shuō)明信號(hào)的質(zhì)量。眼圖是通過(guò)探測(cè)隨機(jī)變化的數(shù)字信號(hào)，繪制它與一個(gè)或多個(gè)周期的掃描，并設(shè)置長(zhǎng)期持久性的范圍來(lái)生成的。結(jié)果是，所有可能的位排列都疊加在單個(gè)視圖上，顯示幅度、相位以及上升和下降時(shí)間與理想“眼圖”模式的偏差范圍。因此，任何可能導(dǎo)致問(wèn)題的位模式都可能在圖上看到。

圖 4 取自 USB-IF 規(guī)范，顯示了用于建立眼圖的設(shè)置。USB-IF分配的“SQiDD”（信號(hào)質(zhì)量下降/下降）測(cè)試板充當(dāng)主機(jī);并且鼠標(biāo)（被測(cè)設(shè)備）已插入此主板。探測(cè)信號(hào)D+和D-，然后疊加在示波器上，生成眼圖。然后將眼睛開(kāi)口與所需形狀的掩模進(jìn)行比較，以使觀看者看到信號(hào)質(zhì)量是否符合USB標(biāo)準(zhǔn)。

圖4.USB IF 建議進(jìn)行眼科測(cè)試設(shè)置。

在測(cè)試CMOS開(kāi)關(guān)是否適用于USB產(chǎn)品時(shí)，由于它們?cè)谛盘?hào)路徑中的設(shè)備內(nèi)使用，因此不能將其作為USB設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。因此，可以使用數(shù)據(jù)發(fā)生器來(lái)生成所需的信號(hào)，并且該信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)，在示波器處終止。示波器使用外部時(shí)鐘觸發(fā)，該時(shí)鐘與隨機(jī)數(shù)字信號(hào)同步。這將產(chǎn)生CMOS開(kāi)關(guān)的眼圖。

例如，圖5顯示了一組典型的眼圖，以USB高速數(shù)據(jù)速率（480 Mbps）和信號(hào)電平（0至400 mV）生成。他們比較了ADG774A（帶寬>500 MHz）和ADG736（帶寬200 MHz）CMOS開(kāi)關(guān)的性能，并傳遞相同的信號(hào)。圖中包括一個(gè)USB-IF掩碼（紅色六邊形）。根據(jù)USB規(guī)范，如果信號(hào)越過(guò)掩碼的邊界，設(shè)備在信號(hào)完整性方面失敗。

圖5.ADG774A和ADG736在USB高速下的比較。

圖示顯示，ADG774A符合模板標(biāo)準(zhǔn)，即使在如此高的數(shù)據(jù)速率下，紋波也很小。然而，ADG736具有較高的電容和更低的帶寬，會(huì)減慢邊沿，從而導(dǎo)致信號(hào)穿過(guò)左側(cè)的模板——這顯然是違規(guī)行為，使其無(wú)法用于傳輸高速USB信號(hào)。其他值得注意的信息是ADG736眼圖缺乏水平對(duì)稱性，而ADG774A即使在如此高的數(shù)據(jù)速率下也非常對(duì)稱。然而，兩個(gè)開(kāi)關(guān)在垂直方向上都表現(xiàn)出良好的對(duì)稱性，這表明兩個(gè)器件上的兩個(gè)通道匹配良好。在為 USB 應(yīng)用選擇交換機(jī)時(shí)，通道匹配是一個(gè)大問(wèn)題。在差分系統(tǒng)中，D–信號(hào)必須與D+信號(hào)完全相反。D+ 和 D– 線之間電纜長(zhǎng)度、電容和電阻的不匹配會(huì)導(dǎo)致眼部嚴(yán)重偏斜，表現(xiàn)為垂直不對(duì)稱。信號(hào)交叉的點(diǎn)（交叉點(diǎn)）應(yīng)以地面為中心。抖動(dòng)對(duì)于 USB 認(rèn)證也至關(guān)重要。邊緣越厚，抖動(dòng)越嚴(yán)重——這些CMOS開(kāi)關(guān)不是問(wèn)題。實(shí)際上，在移除開(kāi)關(guān)后，看到的抖動(dòng)也是可見(jiàn)的，這表明抖動(dòng)存在于系統(tǒng)中。

圖6是ADG787的典型曲線圖，使用USB全速信號(hào)（0 V至3 V，12 Mbps），設(shè)置與上述曲線類似。顯示的掩碼取自 USB 全速的 USB-IF 規(guī)范。使用的信號(hào)的上升和下降時(shí)間為六納秒?？梢钥闯?，信號(hào)沒(méi)有上面討論的故障。沒(méi)有遮罩違規(guī)，抖動(dòng)良好，交叉和對(duì)稱性良好，并且?guī)缀鯖](méi)有波紋。這些圖展示了眼圖的價(jià)值，一目了然，我們可以得出結(jié)論，該ADG787可以輕松傳遞全速USB信號(hào)。

圖6.USB全速時(shí)ADG787的眼圖。

如何為 USB 應(yīng)用選擇 CMOS 開(kāi)關(guān)

現(xiàn)在，我們將說(shuō)明開(kāi)關(guān)的具體要求以及它們?nèi)绾斡绊懶盘?hào)。本節(jié)將研究開(kāi)關(guān)規(guī)格與整體系統(tǒng)信號(hào)完整性之間的相關(guān)性。

兩種標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)要求都要求盡可能低的導(dǎo)通電阻和低電容。兩個(gè)開(kāi)關(guān)的特性需要盡可能精確地匹配，以保持?jǐn)?shù)據(jù)線對(duì)稱。

關(guān)于電阻

在 45 歐姆系統(tǒng)中，大于 5 歐姆的導(dǎo)通電阻是不可取的，因?yàn)?5 歐姆導(dǎo)通電阻會(huì)增加源阻抗，使其達(dá)到 50 歐姆。為了使接收器接收 3V 信號(hào)，45 歐姆源發(fā)送 6 V 信號(hào)，理想情況下，由 45 歐姆源和端接阻抗形成的分壓器使該信號(hào)減半。如圖7所示，該圖顯示開(kāi)關(guān)是與驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)的電阻。當(dāng) 5 歐姆串聯(lián)時(shí)，接收器看到一個(gè) 50 歐姆的源和 45 歐姆的接地。

圖7.作為電阻器的開(kāi)關(guān)模型

這些公式比較了理想開(kāi)關(guān)與串聯(lián)電阻為 5 歐姆的開(kāi)關(guān)的性能。交換機(jī)引入了顯著損耗 （>5%）。因此低 R上至關(guān)重要。

CMOS開(kāi)關(guān)的源漏電阻隨電源電壓和偏置電壓而變化，如R所示上ADG787開(kāi)關(guān)的繪圖。隨著源極電壓的變化，從源極到漏極測(cè)得的電阻會(huì)發(fā)生變化。

圖8.ADG787輸入源電壓的導(dǎo)通電阻變化

如果開(kāi)關(guān)的電阻隨偏置電壓、溫度或電源而變化，則接收器看到的幅度也會(huì)發(fā)生變化，如變化的R所示。上（即 R上+ δ R上).

R上平坦度對(duì)于確保開(kāi)關(guān)的上升和下降時(shí)間盡可能接近也至關(guān)重要。如果 R上隨著偏置的變化，上升沿和下降沿在其轉(zhuǎn)換的不同階段會(huì)產(chǎn)生不同的阻抗。這里的差異將被視為眼圖中糟糕的交叉。

因此，R上電源電壓、溫度和偏置的變化是設(shè)計(jì)用于USB產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)時(shí)的重要考慮因素。R 的變異性上過(guò)電源容差和溫度在眼圖中會(huì)被視為抖動(dòng)。通常，較低的R上意味著更低的平坦度和失真，如圖9（ADG836）與圖8的比較可以看出。ADG836是一款雙通道SPDT開(kāi)關(guān)，采用0.35 μm幾何尺寸制造，具有上平坦度約為0.5歐姆和0.05歐姆，而ADG2的平坦度為0歐姆和25.787歐姆。保持 R上低是保持R的關(guān)鍵上平坦度低。

圖9.ADG836的超低導(dǎo)通電阻可確保出色的導(dǎo)通電阻平坦度。

設(shè)計(jì)時(shí)通道應(yīng)盡可能匹配，以確保上和 ΔR上對(duì)于傳遞差分信號(hào)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)通道是相同的。眼圖表明導(dǎo)通電阻匹配不良。

電容

CMOS開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)下的電容隨著開(kāi)關(guān)尺寸的增加而增加。但是，由于通過(guò)增加開(kāi)關(guān)尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，因此在R之間需要直接權(quán)衡。上和電容。該電容決定了開(kāi)關(guān)的帶寬，對(duì)于高速USB信號(hào)來(lái)說(shuō)變得更加重要，因?yàn)榇笥?0 pF的開(kāi)關(guān)電容會(huì)顯著降低信號(hào)質(zhì)量。高電容會(huì)減慢邊緣速度，導(dǎo)致眼睛穿過(guò)掩模。這在圖736所示ADG774和ADG5A USB高速眼圖的比較中可以看出。ADG736的帶寬為200 MHz。ADG774A的電容要低得多，帶寬為400 MHz。USB 全速需要大于 3 MHz （6 Mbps） 的 –12 dB 開(kāi)關(guān)帶寬，高速 USB 需要 240 MHz （480 Mbps）。布局工程師需要確保開(kāi)關(guān)布局非常接近的相似性，以保持電容對(duì)稱性。

傳播延遲

閉合狀態(tài)下的CMOS開(kāi)關(guān)本身會(huì)給通過(guò)它的數(shù)字信號(hào)增加可以忽略不計(jì)的延遲。該開(kāi)關(guān)在路徑中不引入緩沖器，可以建模為串聯(lián)電阻。開(kāi)關(guān)增加的唯一實(shí)際延遲是信號(hào)到達(dá)芯片并再次輸出所花費(fèi)的時(shí)間。此值可以以皮秒為單位進(jìn)行測(cè)量。

用品

對(duì)于低速和全速USB，信號(hào)幅度為3.3 V ±10%。因此，3.6 V是允許的最小電源電壓。高速信號(hào)的幅度為 400 mV ± 10%，可通過(guò) 3.3V 電源上的開(kāi)關(guān)輕松通過(guò)。CMOS 開(kāi)關(guān)可以使用 USB 電纜的 5V 電源線供電。當(dāng)傳遞全速信號(hào)（3 V，12 Mbps）時(shí)，需要完整的信號(hào)范圍。

開(kāi)關(guān)保護(hù)

USB 規(guī)范規(guī)定，USB 設(shè)備的數(shù)據(jù)線必須能夠承受短路至 5V 電源線 24 小時(shí)。這對(duì)使用3.3 V（0.35μm幾何形狀）開(kāi)關(guān)以獲得所需的R具有重要意義。上和電容。它還對(duì)使用3.3V電源的手機(jī)等便攜式設(shè)備產(chǎn)生影響。

圖10顯示了一個(gè)0.35 μm開(kāi)關(guān)，由3.3 V穩(wěn)壓器在USB收發(fā)器的輸入端供電。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，顯示一個(gè)通道。這是在USB應(yīng)用中使用0.35μm幾何開(kāi)關(guān)的典型電路。

圖 10.在正常的USB情況下切換，沒(méi)有壓力。

圖11介紹了從5 V電源到數(shù)據(jù)線的短路（紅色）。如果設(shè)備插入故障端口，則可能會(huì)發(fā)生這種情況。

圖 11.正向偏置開(kāi)關(guān)的正電源。

短路將ESD（靜電放電保護(hù)）二極管正向偏置到VDD，這意味著500 mA可以連續(xù)流過(guò)ESD二極管，這種情況可能對(duì)CMOS開(kāi)關(guān)造成很大損害，CMOS開(kāi)關(guān)不太可能持續(xù)超過(guò)24小時(shí)。這是實(shí)現(xiàn) 0.35 μm 部件的限制。在需要滿足此USB條件并使用3 V開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員需要提供足夠的保護(hù)以防止這種故障機(jī)制。最簡(jiǎn)單的方法是使用電阻來(lái)限制電流。但是，最常見(jiàn)的解決方案是使用由 5V 電源供電的開(kāi)關(guān)來(lái)完全避免這種情況。

消費(fèi)類應(yīng)用

在展示了USB應(yīng)用中使用開(kāi)關(guān)的基本方式之后，我們現(xiàn)在調(diào)查了一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域，并討論它們使用開(kāi)關(guān)的方式。需要注意的是，其中許多具有通用拓?fù)洹?/p>

便攜式媒體播放器 （PMP）

PMP正迅速成為整個(gè)亞洲的必備工具;據(jù)預(yù)測(cè)，它們將很快取代MP3市場(chǎng)。PMP 可以直接從電視、VCR、DVD 播放器、有線電視盒或衛(wèi)星接收器錄制，并且可以存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá) 120 小時(shí)的視頻、300，000 張照片、16，500 首歌曲或 30 GB 的數(shù)據(jù)?？梢源鎯?chǔ)此數(shù)量數(shù)據(jù)的便攜式設(shè)備必須具有快速、易于使用的界面。選擇的接口，通常是 USB 高速，是可以與 USB 相機(jī)、USB 讀卡器或 USB 硬盤驅(qū)動(dòng)器一起使用的接口。

消費(fèi)者對(duì)此類產(chǎn)品的需求也決定了纖薄的便攜式設(shè)備，因此甚至無(wú)法考慮傳統(tǒng)笨重的耳機(jī)連接器。相反，耳機(jī)連接器被迷你USB連接器取代，該連接器由USB數(shù)據(jù)流和音頻輸出共享。

如圖12所示，通常需要一個(gè)開(kāi)關(guān)將USB信號(hào)與模擬音頻輸出隔離開(kāi)來(lái)。在數(shù)據(jù)模式下，通過(guò)將音頻信號(hào)與連接器 D 和 D+ 引腳隔離，從而最大限度地減少反射?？焖傩盘?hào)邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間的反射可能會(huì)導(dǎo)致更高的誤碼率，并違反 USB 高速連接的 500 ppm 精度要求。

對(duì)于此類應(yīng)用，具有寬帶寬和良好導(dǎo)通電阻匹配的開(kāi)關(guān)有助于最大限度地減少USB信號(hào)邊緣失真，而在音頻模式（輸出連接到耳機(jī)）下，低導(dǎo)通電阻（約2.5歐姆）和低總諧波失真（約0.1%）對(duì)于最小化音頻失真至關(guān)重要。

圖 12.在音頻和 USB 之間共享迷你 USB 連接器。

手機(jī)/手機(jī)

隨著手機(jī)獲得更多功能，設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)也隨之增加。許多當(dāng)前可用的手機(jī)都有電纜連接以鏈接到PC。這些連接用于傳輸數(shù)據(jù)，例如電子郵件、日歷、電話簿、鬧鐘、語(yǔ)音備忘錄和計(jì)算器。如果手機(jī)具有集成攝像頭，則下載圖片的功能也是一個(gè)有吸引力的功能。

因此，手機(jī)可能具有許多功能，需要USB兼容的開(kāi)關(guān)。最常見(jiàn)的要求之一是在不同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)之間切換，例如，在UART和USB之間切換。手機(jī)制造商希望保留為客戶提供數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)選擇的能力，但他們負(fù)擔(dān)不起為每個(gè)接口提供單獨(dú)連接器所需的面積。最簡(jiǎn)單的解決方案是在公共連接器上多路復(fù)用多個(gè)引腳。圖 13 顯示了一個(gè)示例。

圖 13.使用ADG787上的開(kāi)關(guān)在UART和USB之間切換。

高端手機(jī)設(shè)計(jì)中LCD面板顯示器和攝像頭分辨率的提高產(chǎn)生了對(duì)更大存儲(chǔ)設(shè)備的需求，例如嵌入式硬盤驅(qū)動(dòng)器或外部小型存儲(chǔ)卡。大多數(shù)手機(jī)使用帶有USB接口的獨(dú)立硬盤驅(qū)動(dòng)器控制器與PC主機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)基帶處理器的全速I/O端口也用于同步地址簿或其他數(shù)據(jù)時(shí)，共享單個(gè)USB端口成為一個(gè)挑戰(zhàn)。通過(guò)多路復(fù)用手機(jī)的USB連接簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，如圖14所示。

圖 14.多路復(fù)用聽(tīng)筒的 USB 端口。

對(duì)于上述手機(jī)中的兩種功能，設(shè)計(jì)人員需要考慮的規(guī)格是：

它是否滿足所選USB標(biāo)準(zhǔn)的帶寬要求？

導(dǎo)通電阻匹配和/或匹配傳播延遲

低導(dǎo)通電阻平坦度/最小的附加抖動(dòng)

功率和封裝尺寸。

手機(jī)的另一個(gè)功能是端口/總線隔離。此功能不僅限于手機(jī)，還用于其他便攜式設(shè)計(jì)，如數(shù)碼相機(jī) （DSC）、PMP 和筆式驅(qū)動(dòng)器。

開(kāi)關(guān)通常用于保護(hù)可能受到外部噪聲干擾的內(nèi)部ASIC。更重要的是：對(duì)于具有USB OTG接口的高端便攜式設(shè)計(jì)，USB PHY（USB物理層收發(fā)器）與外部世界之間的隔離可以進(jìn)一步降低在雙角色設(shè)備（例如兩部手機(jī)）之間觸發(fā)錯(cuò)誤會(huì)話請(qǐng)求協(xié)議（SRP）脈沖的潛在風(fēng)險(xiǎn)。此應(yīng)用中開(kāi)關(guān)的選擇規(guī)格是關(guān)斷隔離，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)且未使用 USB 端口時(shí)需要（圖 15）。另一方面，當(dāng)USB總線被激活時(shí)，需要寬開(kāi)關(guān)帶寬以實(shí)現(xiàn)最小的確定性抖動(dòng)。ADI公司的許多開(kāi)關(guān)都適合此應(yīng)用;本文末尾的表格是有用信息的緊湊來(lái)源。

圖 15.用于隔離 USB 的雙單刀單擲開(kāi)關(guān)。

無(wú)線筆式驅(qū)動(dòng)器和無(wú)線適配器

USB 閃存驅(qū)動(dòng)器（筆式驅(qū)動(dòng)器）因其移動(dòng)性、無(wú)線功能和可擴(kuò)展的內(nèi)存大小而成為辦公室和家庭應(yīng)用中數(shù)據(jù)共享的寶貴工具。另一個(gè)流行的設(shè)備是 USB 無(wú)線適配器;例如，只需將其插入PC，即可無(wú)線連接到互聯(lián)網(wǎng)，而無(wú)需迅馳?芯片。具有內(nèi)存存儲(chǔ)容量的無(wú)線 USB 適配器為商務(wù)旅客提供了一種在無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)功能與存儲(chǔ)和檢索功能之間切換的便捷方式。

大多數(shù)存儲(chǔ)設(shè)備（如硬盤驅(qū)動(dòng)器或緊湊型閃存控制器）都具有高速USB接口，這些接口未集成到無(wú)線LAN PHY中。USB 兼容開(kāi)關(guān)通過(guò)在閃存存儲(chǔ)和無(wú)線功能之間切換，可以輕松解決這一設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)（圖 16）。低功耗是可取的，因?yàn)闊o(wú)線USB適配器消耗的大部分功率來(lái)自主機(jī)應(yīng)用程序的總線。小型和薄型封裝對(duì)于筆式驅(qū)動(dòng)器內(nèi)可用的PCB空間非常有限的此類應(yīng)用至關(guān)重要。

圖 16.使用ADG787在USB無(wú)線適配器中進(jìn)行存儲(chǔ)器/無(wú)線切換。

個(gè)人電腦

PC 是大多數(shù) USB 系統(tǒng)的集線器。在除USB OTG系統(tǒng)外的所有系統(tǒng)中，PC充當(dāng)系統(tǒng)的主機(jī)。許多傳統(tǒng)的 USB 1.1 外圍設(shè)備，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤、鼠標(biāo)、一些 CD-ROM 驅(qū)動(dòng)器、磁帶和軟盤驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字掃描儀和專業(yè)打印機(jī)，都與 PC 互連。USB 2.0 Hi Speed 現(xiàn)在可容納全新一代外設(shè)，包括基于 MPEG-2 視頻的產(chǎn)品、數(shù)據(jù)手套和數(shù)字化儀。USB已成為大多數(shù)PC芯片組以及操作系統(tǒng)和其他系統(tǒng)軟件的內(nèi)置功能，而不會(huì)顯著影響PC價(jià)格。通過(guò)消除附加卡和單獨(dú)的電源，USB 可以幫助使 PC 外圍設(shè)備比其他設(shè)備更實(shí)惠。此外，USB的熱插拔功能允許用戶輕松連接和拆卸外圍設(shè)備。

與手機(jī)一樣，CMOS開(kāi)關(guān)可用于在內(nèi)部擴(kuò)展USB總線。開(kāi)關(guān)的另一個(gè)功能是外設(shè)多路復(fù)用。圖 17 顯示了多臺(tái) PC 共享的打印機(jī)。

圖 17.使用

ADG709

將多臺(tái)PC連接到打印機(jī)。

電路板布局注意事項(xiàng)

信號(hào)路由是 USB 系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。本節(jié)詳細(xì)介紹了推薦的 USB PCB 信號(hào)路由。這些評(píng)論基于USB-IF選擇的系統(tǒng)，以便電路板和電纜設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)出影響最小的電路板。

審核編輯：郭婷