設(shè)計(jì)一個(gè)使用高速信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)有時(shí)是十分困難的，尤其是當(dāng)可供選擇的通信協(xié)議十分繁多的時(shí)候……雖然很多通信協(xié)議都是高速信號(hào)的理想選擇，但其中有一個(gè)協(xié)議特別受歡迎，那就是USB協(xié)議。它通常和游戲、汽車音響主機(jī) 、PC和筆記本電腦應(yīng)用聯(lián)系在一起。由于支持多種類型的數(shù)據(jù)傳輸和高功率充電，USB協(xié)議已成為一種更通用的高速數(shù)據(jù)協(xié)議、接口和電纜規(guī)范。圖1展示了USB自1998年發(fā)布以來(lái)的發(fā)展歷程。
圖1：USB協(xié)議的發(fā)展歷程--2019年發(fā)布USB 4.0
為了讓您了解USB協(xié)議是否適合您的系統(tǒng)并滿足您的高速接口需求，我們?yōu)槟谐隽嗽O(shè)計(jì)師通常需要考慮的六個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：
1.您的CPU或MCU的接口功能是什么？
當(dāng)使用USB時(shí)，首先需要考慮中央處理器（CPU）或微控制器（MCU）的接口能力，因?yàn)樵撈骷悄O(shè)計(jì)中高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。如果您發(fā)現(xiàn)需要將數(shù)據(jù)從CPU或MCU傳輸?shù)竭B接的外圍設(shè)備，且數(shù)據(jù)傳輸速率大于10 Mbps，USB則是一個(gè)很好的選擇。
2.當(dāng)接口的數(shù)據(jù)鏈路缺乏可靠性時(shí)，您如何遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)？
USB可以通過(guò)現(xiàn)有的集成電路解決方案取代這種連接，從而擴(kuò)展接口的通信能力。USB轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器有助于在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)保持信號(hào)完整性。像TUSB216 （USB 2.0）和TUSB1002A （USB 3.0）這樣的器件具有特定于USB協(xié)議的功能，可以簡(jiǎn)化USB中轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)。
3.如果您的MCU或CPU只有一個(gè)USB接口實(shí)例怎么辦？
USB包括一種稱為USB集線器的器件，它可以輕松地將一個(gè)端口轉(zhuǎn)換為多個(gè)端口。TUSB4041I 、TUSB8041A 和TUSB8042A 等四端口高速USB集線器有助于增加可同時(shí)使用的設(shè)備數(shù)量。
4.如果您的CPU或MCU接口的接口選項(xiàng)有限怎么辦？
USB解決方案已經(jīng)取得進(jìn)展，可以轉(zhuǎn)換到其他接口，如通用異步收發(fā)器（UART） 或串行高級(jí)技術(shù)附件（SATA） 。USB橋接器可支持USB到UART和SATA的轉(zhuǎn)換。如果您的MCU或CPU沒(méi)有連接到UART或SATA的接口，或者對(duì)于普通的UART或SATA接口來(lái)說(shuō)傳輸距離太遠(yuǎn)，請(qǐng)考慮使用像TUSB3410 和TUSB9261 這樣的USB橋接器。
5.所有的USB連接都需要外部連接嗎？
雖然在消費(fèi)電子產(chǎn)品中到處都可以看到外部USB端口，但USB連接并不一定要在外部。如果您選擇的MCU或CPU具有USB功能，也可以考慮使用USB與系統(tǒng)中其他MCU或CPU進(jìn)行嵌入式連接。USB有內(nèi)置的數(shù)據(jù)編碼，能夠減少電磁干擾和鏈路電源管理以實(shí)現(xiàn)高功效。USB還為有許多低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序的客戶軟件增加了靈活性。
6.如果您需要的靈活性比標(biāo)準(zhǔn)USB連接能提供的高怎么辦？
USB Type-C?協(xié)議的出現(xiàn)大大提高了USB的靈活性。USB Type-C可以創(chuàng)建充當(dāng)USB主機(jī)或USB設(shè)備的外圍設(shè)備，從而使系統(tǒng)能夠以多種方式對(duì)不同類型的連接做出反應(yīng)。USB Type-C有源多路復(fù)用器還可以確保接口配置正確，同時(shí)提供符合USB規(guī)范的信號(hào)完整性。
TUSB542 和TUSB1042I 等有源多路復(fù)用器應(yīng)在您的標(biāo)準(zhǔn)Type-C設(shè)計(jì)中使用。USB Type-C還有利于在同一個(gè)接口上傳輸多種類型的高速數(shù)據(jù)，如DisplayPort、高清多媒體接口 、UART和其他視頻或自定義接口。TUSB1146 和TUSB1064 對(duì)于系統(tǒng)啟用其交替模式功能至關(guān)重要。
有關(guān)USB協(xié)議和USB實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)，請(qǐng)查看下面的資源。如果您遇到USB技術(shù)問(wèn)題，并且需要幫助，以為您的系統(tǒng)選擇合適的產(chǎn)品，可在TI E2ETM接口論壇 上發(fā)帖交流。
其他資源
“超低功耗USB革命：提高便攜式嵌入式應(yīng)用USB的電源效率和簡(jiǎn)便性 <http://www.ti.com/lit/slay014>。”
“USB Type-C?和USB電力輸送電源路徑的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) <http://www.ti.com/lit/slyy145>。”
“了解USB Type-C和電力傳輸應(yīng)用和要求的入門知識(shí) <http://www.ti.com/lit/slyy109>。”
“USB Type-C的交替模式： <http://www.ti.com/lit/slly021>超越USB <http://www.ti.com/lit/slly021>。”