USB OTG設計

隨著PDA、移動電話、數(shù)碼相機、打印機等消費類產(chǎn)品的普及，用于這些設備與電腦，或設備與設備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸技術越來越受到人們的關注，IEEE1394和USB是用于此類傳輸?shù)膬蓚�主要標準。這兩個標準都提供即插即用和熱插拔功能，都可以向外提供電源，也都支持多個設備的連接。其中IEE1394支持較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，但相對比較復雜、價格較高，主要用于需要高速通信的AV產(chǎn)品；而最初的USB標準主要面向低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽�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機外設，如：鍵盤、鼠標等。USB2.0標準的推出使USB的傳輸速度達到480Mbps。而USB OTG技術的推出則可實現(xiàn)沒有主機時設備與設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。例如：數(shù)碼相機可以直接與打印機連接并打印照片，從而拓展了USB技術的應用范圍。圖1是USB技術的典型應用示意圖。

1 主機通信協(xié)議與對話請求協(xié)議

USB OTG標準在完全兼容USB2.0標準的基礎上，增添了電源管理（節(jié)省功耗）功能，它允許設備既可作為主機，也可作為外設操作（兩用OTG）。OTG兩用設備完全符合USB2.0標準，并可提供一定的主機檢測能力，支持主機通令協(xié)議（HNP）和對話請求協(xié)議（SRP）。在OTG中，初始主機設備稱為A設備，外設稱為B設備。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ID腳確定默認主機的示意圖，兩用設備使用新型mini-AB插座，從而使mini-A插頭、mini-B插頭和mini-AB插座增添了第五個引腳（ID），以用于識別不同的電纜端點。mini-A插頭中的ID引腳接地，mini-B插頭中的ID引腳浮空。當OTG設備檢測到接地的ID引腳時，表示默認的是A設備（主機），而檢測到ID引腳浮這的設備則認為是B設備（外設）。系統(tǒng)一旦連接后，OTG的角色還可以更換。主機與外設采用新的HNP，A設備作為默認主機半提供VBUS電源，并在檢測到有設備連接時復位總線、枚舉并配置B設備。OTG標準為USB增添的第二個新協(xié)議稱為對話請求協(xié)議（SRP）。SRP允許B設備請求A設備打開VBUS電源并啟動一次對話。一次OTG對話可通過A設備提供VBUS電源的時間來確定（注：A設備總是為VBUS供電，即使作為外設）。也可通過A設備關閉VBUS電源來結(jié)束一閃會話以節(jié)省功耗，這在電池供電產(chǎn)品中是非常重要的。例如，在兩臺蜂窩電話通過連接互相交換信息時，一臺連接在電費的mini-A端，是A設備，默認為主機。另一臺是B設備，默認為外設。當在不需要USB通信時，A設備可以關閉VBUS線，此時B設備就會檢測到該狀態(tài)并進入功低耗模式。

2 OTG功能的構(gòu)建

圖3所示電路給出了構(gòu)建OTG功能時需要在基礎USB外設上添加的電路，電路中的通用串行總線控制器可以是一個微處理器和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發(fā)出設備已連接的信號，并指示設備的工作速度。電阻上拉至D 表示全速運行，電阻上拉至D-表示低速運行。其它端點（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設計需要提供熱插拔功能。因此，其ESD保護電路主要用于為D 、D-和VBUS引腳提供保護。

為了增加OTG的兩用功能，必須擴充收發(fā)器功能來使OTG設備既可作為主機使用，也可以作為外設使用。而要實現(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條件：

（1）可切換D /D-線上的上拉和下拉電阻，以提供外設和主機功能。

（2）作為A設備時，需要具有VBUS監(jiān)視和供電電路；作為B設備初始化SRP時，需要監(jiān)視和觸發(fā)VBUS。

（3）具有ID輸入引腳。

作為兩用OTG設備，ASIC、DSP或其它與收發(fā)器連接的電路必須具備充當外設和主機的功能，并應按照HNP協(xié)議轉(zhuǎn)換其角色。

收發(fā)器所需添加的大多數(shù)電路用于VBUS引腳的管理。作為主機，它必須能夠提供5V、輸出電流可達8mA的電源。圖3中的模擬開關用于配置收發(fā)器的各種功能。

ASIC和控制器還必須包含USB主機邏輯控制功能，包括發(fā)送SOF（幀啟動）包、發(fā)送配置\u36755輸入\u36755輸出數(shù)據(jù)包，在USB 1 msec幀內(nèi)確定傳輸進程、發(fā)送USB復位信號、提供USB電源管理等。

3 Maxim要提供的USB OTG方案

MAX3301E是Maxim公司研制的一款USB OTG收發(fā)器，該器件集成有電荷泵，可將PDA、蜂窩電話和數(shù)碼相機等移動設備與USB外設直接連接而無需PC機的參與。采用MAX3301E和一個嵌入式USB主機，就可直接將諸如打印機或外部硬盤驅(qū)動器這樣的外設連接。MAX3301E內(nèi)部包括USB OTG收發(fā)器、UBUS電荷泵、線性

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