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USB集线器和供电

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标签: USB集线器

Microchip嵌入式解决方案研讨会PPT

14025 USB集线器和供电 USB2.0市场的领导者 • 十年USB2.0主机和设 备的互操作性检验 • 27+ USB认证集线器 • HSIC拓展了USB2.0 互连在移动市场中的 应用 闪存媒体访问 闪存和媒体在各式各样的应 用和市场中普遍存在。 MCHP提供快速可靠的解决 方案, 确保可靠而安全的 访问。 Microchip ESS 14025 USB的核心技术 USB2.0 闪存媒体 USB3.0 供电 USB3.0连接 速度是USB2.0的10倍。 5 Gbps的传输速率可同时 支持多路高带宽应用。 MCHP的这一知识产权创造 了价值,使得令人兴奋的新 应用应运而生。 供电/充电 要扩展USB总线供电应用 使之支持高性能设备是一 项挑战,会面临延长电缆、 ESD、无缝互操作性以及 复杂的功耗管理机制等问 题。 引领USB功能和带宽的进步! © 2014 Microchip Technology Incorporated. 2 USB的基本架构  USB以“主机”为中心 ——必须存在主机  USB开关提供“备用端口”  集线器提供“端口扩展” Processor USB Host Controller PU P HPL H YI Y USB2 SW MCHP提供ULPI物理层器件 MCHP提供USB2开关 MCHP提供USB集线器 HUB Card RFelaasdher Media + HUB MCHP提供USB闪存媒体控制器 MCHP提供USB集线器 + 闪存媒体控制器 MCHP提供USB集线器 + 以太网控制器 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. HUB + 10/100/ 1000 ENet 3 集线器 —— 核心技术 不采用LPM 链路电源管理 (LPM) 采用LPM 传统USB信号传输 即便没有要发送的数据,传统USB规范仍 会要求每1 ms查询一次,即USB主机查询 USB设备,使得总线始终处于活动状态 。 即使没有事件发生,也消耗了功率 LPM USB信号传输 LPM (改进的USB规范)提供高效的低功 耗状态和特性: 由LPM快速切换输入/输出 使用LPM, 可最多节省25%的系统功耗 需要在主机和设备上都实现LPM 所有主要的处理器都支持LPM (主机端) 只有MCHP的集线器支持 LPM! Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 5 灵活连接 通过交换集线器端PORT0和PORT1的电缆连接,可方便地交换 USB集线器设备和主机端口 支持在系统想要临时充当USB主机时“角色反转” PORT0和PORT1在芯片内部“交换” 所有设备都必须遵从“当前的”主机 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 6 MultiTRAK™ Microchip USB2.0集线器* 采用MultiTRAK To HS Host MultiTRAK Upstream PHY SIE Speed Key: 480 Mbps Path 12 Mbps Path Hub Repeater TT . . . . TT TT . . . . Downstream Downstream Downstream PHY #1 PHY #2 PHY # N .... To FS To FS To FS Peripheral Peripheral Peripheral * 不包括USB2502  每个端口一个TT  每个下行端口FS/LS设备“专用” 12 Mbps传输管道 其他USB 2.0集线器 To HS Host 拥塞点—— 单个TT瓶颈 Upstream PHY SIE Speed Key: 480 Mbps Path 12 Mbps Path TT Routing Logic . . . . Downstream Downstream Downstream PHY #1 PHY #2 PHY #4 .... To FS Peripheral To FS Peripheral To FS Peripheral  每个集线器一个TT  4个下行端口FS/LS设备“共享” 12 Mbps传输管道 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 7 PortMap 提供灵活的端口映射和“disable”序列 对于被禁止的任何端口,集线器会自动重排剩下的端口以匹配 USB主机控制器的端口编号机制。 逻辑连接 P1: Connected P2: Connected P3: Disabled P4: Disabled Microchip ESS 14025 P1 P0 P2 P3 P4 USB端口可视化 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 物理连接 Disabled Connected Disabled Connected 12/11/2014 8 PortSwap 在USB差分对引脚位置添加可按端口编程的功能,允许将USB信号( D+/D- ) 直接与连接口对齐,避免PCB上USB差分信号的走线长度不等或交叉 USB USB 连接器 连接器 D+ D- D- D- D- D+ D+ D+ Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 12/11/2014 9 PHYBoost 在下行端口收发器中提供4种可编程信号驱动强度(0%、+4%、+8%和 +12%) 尝试恢复由于以下系统级变量导致受损的USB信号完整性: 糟糕的PCB布线 模拟开关 长电缆等 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 10 VariSense Technology™ 4种可编程设置,用于调节USB PHY接收器的灵敏度,从而应对严重的 信号损失 基本USB PHY仅有系统架构 全功能系统架构 ,不采用 VariSense FAILS EL_17 全功能系统架构,采用 VariSense PASSES EL_17 注:值仅用于举例说明。实际值可能有变化。 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 11 I/O桥接 UCH2可用于各种功能(绿) • I2CTM、UART和GPIO桥接 • 主机可直接访问寄存器 GPIO 主机 上行 GPIO UCH2 UART I2C I2C 下行4 下行3 下行2 下行1 Microchip ESS 14025 风扇控制器 RS232桥接 LCD显示屏 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 打印机 LCD显示器 Dongle 智能手机 12 高速通信接口( HSIC) • 由MCHP开发 • 2引脚芯片间互连,带宽与USB2相同( 480 Mbps) • 无需在USB2生态系统中专为5米电缆设计的模拟收发器 • 1.2V信号传输降低系统功耗(USB2的信号传输电压为3.3V) • 与USB主机100%软件兼容 • 定义的最长走线长度为10 cm(4英寸) 所有主要处理器都具有HSIC 目前,我们是市场上唯一提供HSIC解决方案的供应商! USB 可使用5m电缆 USB主机 控制器 SoC USB2.0 PHY DP DM USB2.0 PHY SoC USB 设备 控制器 HSIC 仅10 cm走线 USB主机 控制器 HSIC数字 SoC PHY (主机模式) HSIC 选通 HSIC 数据 HSIC 数字 PHY (设备模式) SoC USB设备 控制器 产品 产品 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 13 Microchip 集线器配置管理 其他 SPI EEPROM/ Flash 竞争对手 的集线器 EEPROM/ SPI 闪存 PC通过ProTouch编程工具烧写我们集线器中的 嵌入式OTP存储器 4页的存储器用于完全编程和控制 瞧,无需外部存储器! PC通过SPI端口编程外部闪存 瞧,它们需要外部闪存,当然要增加约0.25美元的成本! Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 14 “Protouch”编程工具 生成配置参数并烧写USB集线器集成的 OTP存储器 • 客户可使用工具优化其特定设计的功能 • 可在任何Windows® 计算机平台上运行 • 通过USB电缆,使用VSM工作 • 可编程外部SPI闪存(若使用) 可通过三种方式编程 • VSM、I2CTM或JTAG 12/11/2014 Microchip ESS 14025 查看 配置 编程 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 15 USB 2.0集线器 USB2.0集线器概述 价值定位: • 在USB2.0集线器领域享有盛名 • 丰富的产品,适用于消费类、工业和汽车领域 • 一流的2、4或7端口具有丰富功能的集线器 • 高度集成的集成控制器简化了使用,提高了灵活性 • 小封装尺寸和卓越的功耗 • 嵌入式USB应用HSIC接口的创始人 • 在移动市场占据重要席位,可扩展处理器的I/O连接 端口 应用: 平板电脑/ 电子书 LCD-TV 汽车中控盒 架构:集线器 处理器 嵌入式USB 处理器 集线器 ... 集线器 键盘 Wi-Fi® 传感器 产品和工具: 产品 USB253x USB3x13 USB46x4 USB2422 接口 USB USB/HSIC USB/HSIC USB 关键特性 集成控制器,灵活的连接,电池充电检测 小型封装,与USB253x具有相同特性 48QFN封装,与USB253x具有相同特性 适用于兼具成本效益的应用的2端口集线器 超极本 Microchip ESS 14025 服务器 开发工具: EVB-USB2534BC EVB-USB4604FLEXH EVB-USB4624BCUH EVB-USB2422 * 对于USB3x13,使用 EVB-USB4604FLEXH或EVB-USB4624BCUH © 2014 Microchip Technology Incorporated. 17 推出USB253x系列 “4页”配置管理 • 使客户在烧写集线器控制器时享有最大的灵活性 • 提供ProTouch编程工具 支持低功耗和LPM 灵活连接(端口反转) 新的I/O桥接功能 • 可编程接口(GPIO、I2CTM和SMB) 所有端口上的高级电池充电器检测 • 兼容BC1.1、BC1.2、Apple充电和国产充电器规范 提供工业级温度型号 与现有USB251xB引脚兼容 • 保留所有传统功能 • 显著降低功耗 • 与Win8兼容 器件 USB2532 USB2533 USB2534 端口数 2 3 4 封装 QFN36 (6 x 6 mm) 12/11/2014 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 18 USB46x4和USB3x13系列 与USB253x系列具有相同的特性 USB4604和USB4624 USB46x4 带有HSIC和额外GPIO的通用集线器 规范 USB4604 USB4624 上行端口 USB2.0 或HSIC 下行端口 封装 4 x USB2.0 2 x USB2.0 / 2 x HSIC 48引脚QFN(7x7 mm) HSIC ports (USB4624) USB3613和USB3813 小巧的封装,是移动应用的理想选择 规范 上行端口 USB3613 HSIC USB3813 USB2.0 下行端口 2 x USB2.0 / 1 x HSIC 参考时钟 封装 12/19.2/26/38.4 MHz* 30球WLCSP(2.5 x 2.9mm) HSIC端口:USB3613 USB端口: USB3813 USB3x13 12/11/20*1可4 共享系统参考时钟 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 19 全新低成本USB2集线器 USB2422 USB2422的独特之处 • 一个低成本交易转译器(TT) • 所有其他集线器具有多个TT • 支持帧起始(SOF)输出 • SOF提供8 kHz信号,用于USB音频应用 的同步 • 消除音频中的“爆裂声” • 带有集成稳压器的单个电源 • 提供工业级温度型号 • 非常小巧的4x4 mm封装 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 20 全新UCH2集线器系列, 支持电池充电 至集线器 PRT_CTL/OCS 简单 端口电源 控制器 DP DM VBUS 至充电设备 仅需一款简单的端口电源控制器 竞争对手的产品需要更高级、更昂贵的控制器! Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 21 USB 3.0集线器 USB3.0集线器概览 价值定位: • 在USB领域享有盛名 • 丰富的产品,适用于消费类、工业和汽车领域 • 第三代USB3.0集线器解决方案 • 符合USB-IF标准的集线器(提供TID) • 复合集线器解决方案(USB3.0和专用USB2.0端口) • 高度集成的集成控制器简化了使用,提高了灵活性 • 支持电池充电器检测 架构: 集线器 处理器 嵌入式USB 处理器 集线器 ... 集线器 应用: 超极本 显示器 扩展底座 Microchip ESS 14025 键盘 Wi-Fi® 传感器 产品和工具: 产品 USB553xB 接口 USB 主要特性 符合USB-IF标准的USB3.0集线器(TID) 集成控制器、电池充电器检测、最多 7个端口 汽车中控盒 开发工具: EVB-USB5534BC EVB-USB5537 打印机 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 23 USB5537/4/3/2B USB 3.0 复合集线器 • 4、3或2个USB 3.0端口 • USB5537B上有3个额外的USB 2.0端口 • 支持USB 2.0链路电源管理(LPM) • 在线配置 • USB电池充电规范1.2 及Apple和 国产充电器 • 适用于USB 2.0通信的多个TT • PortMAP、PortSWAP、 PHYBoost和TrueSpeed特性 • 片内RXEQ,用于保持信号完整性 Optional Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 24 复合集线器 带有USB2通道的4个USB3 “超速”端口 • 三个额外的USB2通道,允许使用低速和高速外设而不会占用USB3“超速”通道 • USB-IF允许在“主机”配置下使用混合速度的通道,如扩展底座、移动设备和台 式电脑等 • 经完全认证的USB3标识支持的配置! • 为OEM/ODM客户配置添加MCHP的价值 复合集线器 三个“额外”的USB2端口, 避免占用USB3端口 示例: 鼠标、键盘和音频 无需USB3速度… JTAG Upstream USB 3.0 Port TAP Controller USB USB 3.0 2.0 PHY PHY Embedded 8051 µC PLL 0 USB 3.0 Hub Controller 1234 0 7 USB 2.0 Hub 6 Controller 12345 I2C/SPI Controller GPIO Controller SPI/I2C GPIO’s USB USB 3.0 2.0 PHY PHY USB USB 3.0 2.0 PHY PHY USB USB 3.0 2.0 PHY PHY USB USB 3.0 2.0 PHY PHY USB 2.0 PHY USB 2.0 PHY USB 2.0 PHY Downstream USB 3.0 Port 1 Downstream USB 3.0 Port 2 Downstream USB 3.0 Port 3 Downstream USB 3.0 Port 4 Downstream Downstream Downstream USB 2.0 Port 5 USB 2.0 Port 5 USB 2.0 Port 5 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 25 USB5537B复合集线器的价值 TAP Controller USB 3.0 PHY USB 2.0 PHY Embedded 8051 µC 0 USB 3.0 Hub Controller 0 7 USB 2.0 Hub Controller 6 1234 12345 PLL USB 3.0 PHY USB 2.0 PHY USB 3.0 PHY USB 2.0 PHY USB 3.0 PHY USB 2.0 PHY USB 3.0 PHY USB 2.0 PHY I2C/SPI Controller GPIO Controller USB 2.0 PHY USB 2.0 PHY SPI/ I2C GPIO ’s 专用USB2.0端口, 允许HS/FS/LS外 USB 2.0 PHY 设连接 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 26 采用竞争对手的集线器 Microchip ESS 14025 USB 3.0 TAP PHY Controller 0 USB 3.0/2.0 Hub Controller 12 3 41 Embedded 8051 µC PLL I2C/SPI Controller GPIO Controller USB 3.0 PHY USB 3.0 PHY USB 3.0 PHY USB 3.0 PHY SPI/ I2C GPIO ’s 没有额外的 USB2端口! XX 不能插入这些设备! © 2014 Microchip Technology Incorporated. 27 USB电池充电和供电 USB端口电源控制器 UCS100x系列含有  USB电源开关  USB Pass-Through数据开关  电流传感器 可用来仿真墙式充电器的签名 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 29 USB电源规则  USB设备(从VBUS)只能汲取:  100 mA(枚举前)  500 mA(枚举后)(900 mA USB3)  1500 mA(USB BC1.2握手后)  2.5 mA(挂起时)  注:这些限制针对的只是设备,而不是主机/集线器。在获得USB-IF 标识的测试中,针对连接至USB主机的设备对这些参数进行测试。  将USB设备连接至USB主机或USB集线器的下行端口 时,D+和D-上就会呈现15k的下拉电阻,VBUS上会呈 现5V电压。 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 30 USB充电器的工作  向设备传递这样的签名,使得设备知道自己连接的是 充电器而不是USB主机或集线器  签名包括:  将D+与D-短路  将D+和D-上拉至预定义的电压(单端1即SE1)  设备可检测这些签名,然后获知并非连接至USB主机或集线器。  当设备获取充电器签名后,就可以汲取超过USB规范 的电流。 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 31 USB端口电源控制系列 UCS1001 USB 端口电源开关(55 mW) 1 高速USB 2.0开关 电池充电器仿真 配置文件 8 个电阻设置电流极限值 1 9 最多2.5A 充电指示器输出 UCS1001-1/3 板上电流测量 电源分配 连接待测信号 接口 封装 Microchip ESS 14025 UCS1001-2/4 独立I/O 20引脚 4X4 QFN 2014/12/11 UCS1002 1 1 9+ 1个可编程 最多2.5A    USB数据线握手,以支持USB-IF BCS 1.2、 国产规范、 RIM® 和Apple® 设备及其他更多 设备的充电规范  集成2.5A USB电源开关(55 mΩ)  可编程充电配置文件  电源分配(设置输出的电源)  动态温度管理  低功耗检测状态 UCS100x   I2CTM /SMBus 20引脚 4x4 QFN © 2014 Microchip Technology Incorporated. 32 UCS100x——特性、优点和结果 特性 12W充电仿真配置文件 连接/移除电流检测支持有源电 缆 UCS1001-3和UCS1001-4重新 构建了配置文件优先级 优点 能以更高的电流给 iPhone® 和 iPad® 设备充电 结果 • 能以更快的速度为Apple® 设 备充电 使连接/移除有源电缆的检测误差最小 • 更加可靠的连接检测机制, 与Apple® 的Lightning™连接 器兼容 增加了Apple® 和Samsung® 产品 • 覆盖市场中大多数流行的产 的覆盖率 品(平板电脑和智能手机) 可编程充电仿真配置文件(继续保持 UCS1002的主要特性) 集成电流传感器 (继续保持 UCS1002的主要特性) 为市场中的新产品创建充电机制 • • 测量充电电流的大小 • • 可更新USB充电端口,以扩 大兼容范围 创建了可更新用于未来产品 的系统 可优化充电电流,提升最终 用户体验 采用较小电源,动态分配系 统功率 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 33 典型应用 UCS100x充当主机,用于USB充电 典型应用  计算USB端口(台式机/笔记本电脑)  USB充电配件  PC外设(显示器、扩展底座和打印机等)  点烟器适配器  墙式充电器  汽车  音频扩展底座 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 34 UCS1001和UCS1002 评估板 用户可通过ADM00540评估板体验UCS1001-3器件的充电过 程 ADM00497评估板允许客户使用UCS1002-2监视充电并定制 配置文件 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 35 USB供电 未采用USB供电的当今PC系统 输送到PC显示器的直流电源 -或电源(每台设备均需独立电源)、数据和显示均需要独立的电缆 一根根独立电缆 = 一堆电缆 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 37 采用USB供电的未来PC系统 输送到PC显示器的直流电源 数据传输、显示和电源只需 一个电缆 电缆减少 桌面更加整洁 单线轻松对接 USB供电向单线对接迈出了巨大一步 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 38 USB VBUS的发展 20.0V VBUS电压范围 USB供电彻底变革了VBUS引脚 12.0V 0至20V中任何电压 0至5A中的任何电压 5.5V 4.5V USB 2.0 USB 3.0 BC 1.2 Microchip ESS 14025 0.5A 0.9A V 1.5A BUS 电流范围 VBUS现在可提供最高100W的功率 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 100 W 5.0A 39 USB 2 PD或3 PD标准A插头与 USB 2 PD或3 PD标准A插座 Power Delivery Power Delivery Microchip ESS 14025 Power Delivery Power Delivery © 2014 Microchip Technology Incorporated. 2400130228 UPD100X系列 高度可配置且灵活的UPD平台 以额外25个电源配置文件优化系统 USB供电规范 UPD100X额外配置文件的示例  UPD100X支持标准的5个电源配置文件  UPD100X提供额外的25个电源配置文件 Microchip ESS 14025 9V @ 2A 9V @ 5A 5V @ 5A . . 16V @ 3A . . © 2014 Microchip Technology Incorporated. 41 基于PIC® MCU的UPD2000 解决方案 处理器 I2C UPD2000 CC引脚 C型USB 42 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 42 问题? 谢谢 商标: Microchip的名称和徽标组合、Microchip徽标、dsPIC、FlashFlex、flexPWR、JukeBlox、KeeLoq、KeeLoq徽标、 Kleer、LANCheck、MediaLB、MOST、MOST徽标、MPLAB、OptoLyzer、PIC、PICSTART、PIC32徽标、 RightTouch、SpyNIC、SST、SST徽标、SuperFlash及UNI/O均为Microchip Technology Incorporated在美国和其他 国家或地区的注册商标。 The Embedded Control Solutions Company及mTouch是Microchip Technology Incorporated在美国的注册商标。 Analog-for-the-Digital Age、BodyCom、chipKIT、chipKIT徽标、CodeGuard、dsPICDEM、dsPICDEM.net、ECAN、 In-Circuit Serial Programming、ICSP、Inter-Chip Connectivity、KleerNet、KleerNet徽标、MiWi、MPASM、MPF、 MPLAB Certified徽标、MPLIB、MPLINK、MultiTRAK、NetDetach、Omniscient Code Generation、PICDEM、 PICDEM.net、PICkit、PICtail、RightTouch徽标、REAL ICE、SQI、Serial Quad I/O、Total Endurance、TSHARC、 USBCheck、VariSense、ViewSpan、WiperLock、Wireless DNA及ZENA均为Microchip Technology Incorporated在 美国和其他国家或地区的商标。 SQTP是Microchip Technology Incorporated在美国的服务标记。 GestIC是Microchip Technology Germany II GmbH & Co. KG(Microchip Technology Inc.在其他国家或地区的子公司) 的注册商标。 在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有。 © 2014,Microchip Technology Incorporated,版权所有 Microchip ESS 14025 © 2014 Microchip Technology Incorporated. 45
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