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此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除天馬行空官方博客：/tmxk_docin ；QQ:1318241189；QQ群：175569632USB相關(guān)知識(shí)講座 說(shuō)到USB，在座的各位同仁應(yīng)該都不陌生，之前我也是使用一些USB產(chǎn)品，但自從我們公司開(kāi)始重新開(kāi)發(fā)MP3數(shù)碼隨身聽(tīng)產(chǎn)品后，對(duì)USB的了解才比較全面一些，但由于我是硬件出身，對(duì)軟件方面了解得不多，因此本節(jié)課的重點(diǎn)在于USB的一些基本知識(shí)。一、USB相關(guān)知識(shí)1、 USB簡(jiǎn)介可以說(shuō)現(xiàn)在USB接口是目前大家使用最頻繁的接口，而且是愈來(lái)愈有把所有接口都淘汰的趨勢(shì)。現(xiàn)在打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、U盤(pán)（閃存盤(pán)）、MP3Player、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、外置光驅(qū)、移動(dòng)硬盤(pán)（外置硬盤(pán)）都使用了USB作為于計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)的接口；以往大家使用USB接口的存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，主要的原因是它隨插即用、內(nèi)含5V電源的便利特性。但隨著U盤(pán)、MP3播放器，甚至MP4等產(chǎn)品的內(nèi)存容量加大，與USB硬盤(pán)外接盒、USB光盤(pán)外接盒的普及，大容量的USB存儲(chǔ)設(shè)備的使用已經(jīng)十分普遍。 雖然2000年4月時(shí)，USBIF（USBImplementForumUSB執(zhí)行委員會(huì)？）就已經(jīng)制定出USB2.0，現(xiàn)行市面上大部分計(jì)算機(jī)周邊產(chǎn)品也都使用了USB2.0接口，但仍有不少產(chǎn)品仍然采用USB1.1規(guī)格，這就給我們的選購(gòu)帶來(lái)了不少麻煩。 現(xiàn)在，經(jīng)常存取動(dòng)輒3、4G硬盤(pán)數(shù)據(jù)的玩家，逐漸開(kāi)始重視USB1.1與USB2.0的速度差異。畢竟，USB2.0的傳輸速度是480Mbps，但USB1.1的傳輸速度只有12Mbps，每秒的傳輸速度差距高達(dá)40倍，在時(shí)間就是金錢(qián)的時(shí)代，效率分外重要。USB是通用串行總線（Universal Serial Bus）的英文縮寫(xiě)，它是通過(guò)PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。USB同時(shí)又是一種通信協(xié)議，他支持主系統(tǒng)(host)和USB的外圍設(shè)備(device)之間的數(shù)據(jù)傳送，在USB的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，每個(gè)USB的系統(tǒng)有且只有一個(gè)host，因此，很多的朋友問(wèn)我是否可以將兩臺(tái)PC的USB口通過(guò)A-A頭連接起來(lái)，是否可以實(shí)現(xiàn)通信，這樣是不行的，因?yàn)閷?duì)于電腦主板上的USB設(shè)備，都是host,如果連起來(lái)就是兩個(gè)host的通信，這樣一來(lái)的一個(gè)USB的系統(tǒng)有了兩個(gè)的host，與它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議沖突。Anchorchip出了一個(gè)可以直接連接的設(shè)備(好象是AN2720SC)，實(shí)際上是一個(gè)由兩個(gè)背靠背的USB的device組合起來(lái)的一塊芯片；2、USB接口的分類 按照以前的說(shuō)法，有USB1.0、USB1.1和USB2.0三種接口方式，不過(guò)據(jù)稱USB協(xié)會(huì)在2004年年底重新命名了USB標(biāo)準(zhǔn)：將USB1.1的說(shuō)法徹底取消了，所有的接口都統(tǒng)稱USB2.0接口，現(xiàn)在的USB2.0標(biāo)準(zhǔn)按速度劃分為三大類，具體的分類是： USB2.0 High Speed：理論速度是480Mbps，對(duì)應(yīng)之前的USB2.0； USB2.0 Full Speed：理論速度是12Mbps，也就是過(guò)去的USB1.1；USB2.0 Low Speed：理論速度是1.5Mbps，這個(gè)一般用于鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等對(duì)速度要求不高的外部設(shè)備。現(xiàn)在還有一種USB OTG，原來(lái)說(shuō)是USB 2.0 的補(bǔ)充規(guī)格，也有人說(shuō)是USB2.0的加強(qiáng)版，因?yàn)榫哂蠴TG功能的USB對(duì)我們的使用非常方便，而目前一般的便攜設(shè)備上出現(xiàn)的還不是特別多，后面專門(mén)介紹一下。 3、USB接口的傳輸速度連接類型傳輸速率 (兆位/秒)串口.92 Mbps標(biāo)準(zhǔn)并口.92 MbpsUSB 1.0/1.11.5 MbpsUSB 2.0 全速12 MbpsECP 并口24 MbpsIEEE1394 (Firewire)400 MbpsUSB 2.0 高速480 MbpsBps指得是 位每秒，如一首4分鐘長(zhǎng)128KBPS的歌曲大小為：4*60*（128Kbps/8）/10243.75MUSB接口支持1.5Mb/s(低速)、12Mb/s(全速)和高達(dá)480Mb/s(USB 2.0規(guī)范)的數(shù)據(jù)傳輸速率，扣除用于總線狀態(tài)、控制和錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)等的數(shù)據(jù)傳輸，USB的最大理論傳輸速率仍達(dá)1.2Mb/s或9.6Mb/s，遠(yuǎn)高于一般的串行總線接口。例子：目前市場(chǎng)上MP3播放器的接口都標(biāo)明的是UBS2.0了，一些MP3播放器在包裝盒上標(biāo)明“USB2.0 High”，有的標(biāo)明“USB2.0 Full”，而有的MP3則標(biāo)的是“USB2.0，480Mbps”，這顯然比較含糊，很容易蒙蔽消費(fèi)者。實(shí)際上在使用過(guò)程中可以看出，當(dāng)寫(xiě)入的歌曲容量不大時(shí)，采用這兩種USB2.0接口的MP3的寫(xiě)入時(shí)間相差還不很大，但當(dāng)寫(xiě)入的歌曲容量較大時(shí)，寫(xiě)入的時(shí)間差別就比較大了。如果用700KB/s甚至是300KB/s的速度來(lái)寫(xiě)入大容量文件的話，等待的過(guò)程是漫長(zhǎng)的。 曾經(jīng)有人專門(mén)測(cè)試過(guò)USB1.1與USB2.0的傳輸速度，使用WindowsXP操作系統(tǒng)，主板支持USB 2.0，且所有驅(qū)動(dòng)程序都已安裝成功，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示USB1.1的閃存盤(pán)，每秒的讀取速度頂多只有1,000kb/sec；而USB2.0的閃存盤(pán)，每秒的讀取速度卻可超6,000kb/sec。4、影響MP3的USB接口速度的因素（下面說(shuō)的USB2.0均指高速版的USB2.0） 1.主板是否支持USB2.0，電腦配置的高低對(duì)傳輸速度的影響可以忽略不計(jì)。 2.不同版本操作系統(tǒng)以及主板USB2.0驅(qū)動(dòng)版本。Windows 98以下的版本及WIindows NT都不支持USB2.0，對(duì)USB2.0支持得最好的是Windows XP SP1及以上版本。 3. MP3播放器采用的芯片也會(huì)影響傳輸速度。采用“炬力方案”的MP3的傳輸速度就比較慢；而采用Telchips、SigmaTel、Philips這些芯片的MP3，傳輸速度明顯有一定的提升。并且采用不同型號(hào)芯片的MP3的傳輸速度也有差異，比如SigmaTel 3520 支持USB 2.0 High Speed，SigmaTel 3502就只支持USB 2.0 Full Speed，炬力 ATJ2085支持USB2.0 Full Speed（現(xiàn)在有不少低價(jià)MP3都是采用的這款芯片）。 4.MP3播放器的存儲(chǔ)介質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，采用硬盤(pán)存儲(chǔ)介質(zhì)的MP3的傳輸速度，比采用閃存存儲(chǔ)介質(zhì)的MP3要快一些。 5.MP3播放器的固件。在同一臺(tái)電腦上拷貝歌曲，即使采用同樣的芯片和介質(zhì)，MP3的傳輸速度也有一定的差異。MP3的新版本固件往往能修整舊版本固件在傳輸速度方面的BUG，讓MP3的傳輸速度更快！ 5、USB接口的優(yōu)點(diǎn)A、統(tǒng)一了外設(shè)接口：USB為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。這樣一來(lái)就簡(jiǎn)化了USB外設(shè)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了用戶在判斷哪個(gè)插頭對(duì)應(yīng)哪個(gè)插槽時(shí)的任務(wù),實(shí)現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。B、 節(jié)省系統(tǒng)資源：USB排除了各個(gè)設(shè)備象鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤(pán)和打印機(jī)設(shè)備對(duì)去系統(tǒng)資源的需求，因而減少了硬件的復(fù)雜性和對(duì)端口的占用，整個(gè)的USB的系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。C、 USB支持熱插拔(hot plug)：也就是說(shuō)在不關(guān)PC的情況下可以安全的插上和斷開(kāi)USB設(shè)備，動(dòng)態(tài)的加載驅(qū)動(dòng)程序。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如SCSI設(shè)備等必須在關(guān)掉主機(jī)的情況下才能增加或移走外圍設(shè)備。D、 USB支持PNP（即插即用）。當(dāng)插入U(xiǎn)SB設(shè)備的時(shí)候，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)該外設(shè)并且通過(guò)自動(dòng)的加載相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行配置，并使其正常工作。E、 USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性。USB直接連接到Hub或者是連接到Host的設(shè)備可以通過(guò)USB電纜供電，也可以通過(guò)電池或者其它的電力設(shè)備來(lái)供電，或使用兩種供電方式的組合.并且支持節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式。F、 USB提供全速12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率來(lái)適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。G、 針對(duì)不能處理突然發(fā)生的非連續(xù)傳送的設(shè)備，如音頻和視頻設(shè)備，USB可以保證其固定帶寬。H、 為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳送類型。I、 USB使得多個(gè)外圍設(shè)備可以跟主機(jī)通信。6、USB的協(xié)議 不同版本的協(xié)議有所不同，不過(guò)從USB1.0USB1.1USB2.0USB OTG的不斷演變，都是朝著更方便實(shí)用方面發(fā)展，其協(xié)議也是慢慢升級(jí)完善的。 本部分比較專業(yè)，都是一些學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)，只有真正搞USB底層開(kāi)發(fā)的才會(huì)深入去研究，對(duì)此有興趣的可以找相關(guān)的資料，我這也保存有一些。7、USB OTG簡(jiǎn)介（1）USB OTG就是USB On-The-Go的簡(jiǎn)稱，它是USB2.0規(guī)范的補(bǔ)充，結(jié)合了對(duì)移動(dòng)應(yīng)用友好的新特性，包括低功耗、更小的USB接頭以及在相同的USB端口上增加了雙重角色的功能(作為主機(jī)和外設(shè)的功能)。OTG通過(guò)在沒(méi)有計(jì)算機(jī)的情況下，相互之間對(duì)等連接使傳統(tǒng)的只能作為USB外設(shè)的移動(dòng)產(chǎn)品的性能和連接性得到擴(kuò)展。（2）USB OTG 的特點(diǎn)可以不必通過(guò)PC就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，如一個(gè)具有OTG功能的外設(shè)可以跟其它外設(shè)直接通訊；可以實(shí)現(xiàn)主從角色轉(zhuǎn)換，On-The-Go 設(shè)備非但能與其他 On-The-Go 設(shè)備連接，由于內(nèi)嵌 USB 主機(jī)端與 USB 外設(shè)功能，因此當(dāng)它連接到一個(gè)普通 USB 外設(shè)時(shí)，它可以扮演 USB 主機(jī)端的角色，而當(dāng)它連接到一個(gè) USB 主機(jī)端時(shí)，則可以扮演 USB 外設(shè)角色；USB OTG通過(guò)五腳接口和五線電纜傳輸數(shù)據(jù)。除了傳統(tǒng)的“VBUS”、“D+”、“D-”、“GND”四個(gè)針腳外，第五個(gè)針腳為“ID”腳，ID腳決定了初始化的主從角色：在Mini-A插頭中，ID短路接地，所連設(shè)備被初始化為主；在Mini-B插頭中，ID懸空，所連設(shè)備被初始化為從。在軟件控制下，主從角色也可以利用主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議 (HNP)進(jìn)行互換。主設(shè)備可提供低功率輸出，最小為8mA的電流到USB電纜，當(dāng)不傳輸時(shí)可關(guān)掉VBUS。在VBUS關(guān)閉時(shí)，如從屬設(shè)備需要使用總線，則可請(qǐng)求主設(shè)備開(kāi)啟VBUS，為VBUS重新供電。低功耗可支持USB設(shè)備在電池供電的情況下正常工作，延長(zhǎng)電池壽命，節(jié)省能源。備注：雙角色工作原理OTG雙角色設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由USB主設(shè)備軟件包和USB設(shè)備軟件包構(gòu)成。OTG驅(qū)動(dòng)通過(guò)連接器中“ID”的不同連接，或通過(guò)是否有主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議確定雙角色設(shè)備工作方式的轉(zhuǎn)換，確定使用USB主設(shè)備軟件包還是USB設(shè)備軟件包。當(dāng)OTG雙角色設(shè)備以主機(jī)方式工作時(shí)，USB主設(shè)備軟件包工作。主控制驅(qū)動(dòng)完成USB主設(shè)備軟件包與雙角色USB OTG硬件間的數(shù)據(jù)交換，USB總線驅(qū)動(dòng)保存設(shè)備的信息，目標(biāo)主設(shè)備類驅(qū)動(dòng)支持目標(biāo)設(shè)備列表里的設(shè)備。OTG提供通用的主設(shè)備類驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)OTG雙角色設(shè)備以從機(jī)方式工作時(shí)，USB設(shè)備軟件包工作。設(shè)備控制驅(qū)動(dòng)完成USB設(shè)備軟件包與雙角色USB OTG硬件間的數(shù)據(jù)交換，USB協(xié)議層完成USB協(xié)議規(guī)范，USB設(shè)備類驅(qū)動(dòng)的功能取決于該雙角色OTG設(shè)備的功能。二、USB相關(guān)器件簡(jiǎn)介1、 接插件（1）電腦上使用的USB座：我們見(jiàn)到比較多的是電腦機(jī)箱上的USB口，那是一個(gè)USB母座，跟它相對(duì)應(yīng)的就是USB公座，兩個(gè)都是4引腳器件；（2）一般便攜設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)USB座：我們MP3上的標(biāo)準(zhǔn)USB公母插座，這兩個(gè)是五pin器件，其中4腳為空腳，只有具有USB OTG功能的機(jī)器第4腳才使用為“ID”信號(hào)腳，；還有OPPO目前在使用的迷爾USB座，只有4pin接口；（3）市面上出現(xiàn)的非標(biāo)準(zhǔn)的USB座：不管使用什么類型的插座，能用市面上流通的標(biāo)準(zhǔn)件最好，如果自己定義那就是非標(biāo)品，象我們V1、V8、V12等機(jī)型上使用的耳機(jī)插座共用的方法，那都不是正常用法，多少會(huì)影響到機(jī)器的性能；（4）USB連接線材：類似我們數(shù)碼隨身聽(tīng)的USB下載線（一端連電腦一端連MP3）不管采用什么類型的接插件和線材，只有符合USB規(guī)范最好能取得相關(guān)認(rèn)證的東西才能最終保證下載速度的問(wèn)題。2、 USB控制IC市場(chǎng)上供應(yīng)的USB控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機(jī)（MCU）或純粹的USB接口芯片。 此類IC主要是滿足USB規(guī)范而實(shí)現(xiàn)USB上傳下載功能，很多公司都有，目前我們?cè)谑褂玫氖桥_(tái)灣安國(guó)國(guó)際的AU9386,外接幾個(gè)器件就是一個(gè)U盤(pán)。如果采用性能好一些的方案，一般本身都帶USB功能，或者通過(guò)軟件編程來(lái)完成USB功能。3、 USB HOST IC具有host功能的USB IC市面上也不少，但使用量不多，主要是價(jià)格一直降不下來(lái)，動(dòng)不動(dòng)就是三四十塊錢(qián)一片，有些產(chǎn)品增加了host功能后成本也就增加了不少，前段時(shí)間找到一個(gè)國(guó)產(chǎn)IC，南京沁恒電子的CH375，價(jià)格相對(duì)還可以，對(duì)這有興趣的同事可以找我要相關(guān)的IC資料和聯(lián)系方式。4、 其它器件（1）利用FTDI公司生產(chǎn)的FT8U232AM實(shí)現(xiàn)USB/RS-232轉(zhuǎn)換器（2）USB/串口轉(zhuǎn)換器（3）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使用在多路信號(hào)共用一個(gè)輸出口的狀態(tài)，如我們公司的V1、V8、V12等機(jī)型，利用耳機(jī)插座來(lái)與電腦連接上傳下載資料、給鋰電池充電、音頻信號(hào)輸出、收音天線等，對(duì)這類轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的要求很高，導(dǎo)通阻抗大會(huì)影響音頻信號(hào)的失真度和電腦能否正常連接問(wèn)題，分布電容大會(huì)影響信號(hào)的正確性和資料的上傳下載速度。目前我們?cè)谑褂玫氖荌T的3157和仙童的4157，一般來(lái)說(shuō)，如有可能盡量不要采用多功能共用一個(gè)輸出口的方案，雖然在外觀上是占了一些優(yōu)勢(shì)，但對(duì)整機(jī)性能和壽命都有一定的影響。（4）意法半導(dǎo)體推出微型封裝的USB 2.0接口專用ESD保護(hù)IC ，該IC專門(mén)保護(hù)USB2.0高速接口的兩條數(shù)據(jù)線路和電源線，典型電容2.5pF，抗靜電達(dá)到空氣放電15KV和接觸放電8KV的標(biāo)準(zhǔn)（IEC61000-4-2第4級(jí)放電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)），當(dāng)然要使用這些新東西，需要付出的成本代價(jià)也是不小的。 備注： 現(xiàn)在比較通用的ESD標(biāo)準(zhǔn)是IEC61000-4-2 （IEC國(guó)際電工委員會(huì)），應(yīng)用人體靜電模式，測(cè)試電壓的范圍為2kV15kV(空氣放電)，峰值電流最高為20A/ns，整個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間不超過(guò)60ns。在這樣的脈沖下所產(chǎn)生的能量總共不超過(guò)幾百個(gè)微焦?fàn)?，但卻足以損壞敏感元器件。三、USB在設(shè)計(jì)上應(yīng)該注意的事項(xiàng) 由于很多USB接口設(shè)計(jì)在機(jī)器的外面，就算通過(guò)橡膠塞保護(hù)，在上傳下載資料時(shí)打開(kāi)橡膠塞時(shí)也有可能接觸到USB口，因此對(duì)于USB的設(shè)計(jì)，主要是從ESD方面考慮，當(dāng)然其它的也會(huì)涉及到。1、如何改良USB接口的EMI和ESD設(shè)計(jì)USB接口的傳輸速率很高，因此如何提高USB信號(hào)的傳輸質(zhì)量、減小電磁干擾(EMI)和靜電放電(ESD)成為USB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文以USB2.0為例，從電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行分析。 USB 線纜由四根線組成，其中一根是電源線 VBus，一根是地線 GND，其余兩根是用于差動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)馁Y料線( D+，D- )。將數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)成為差動(dòng)信號(hào)來(lái)傳輸?shù)姆椒梢杂行岣咝盘?hào)的抗干擾能力( EMI )。當(dāng)USB2.0接口采用高速差動(dòng)信號(hào)傳輸方式時(shí)，由于接地層與電源層的信號(hào)搖擺，放射噪聲會(huì)有所增加。因此，為避免串?dāng)_并保證信號(hào)的完整性，消除將要混入高速信號(hào)中的共模噪聲是電磁兼容設(shè)計(jì)的必要對(duì)策。在圖1所示的電路中，數(shù)據(jù)電源線和地線上分別串聯(lián)一個(gè)阻抗為120歐姆、額定電流為2A的磁珠，而差分線對(duì)上則串聯(lián)一個(gè)共模阻抗為90歐姆的共模扼流器。共?？沽髌饔蓛筛鶎?dǎo)線同方向繞在磁芯材料上，當(dāng)共模電流通過(guò)時(shí)，共?？沽髌鲿?huì)因磁通量疊加而產(chǎn)生高阻抗；當(dāng)差模電流通過(guò)時(shí)，共?？沽髌饕虼磐炕ハ嗟窒a(chǎn)生較小阻抗。 圖1：USB2.0的噪聲抑制電路圖。圖2：SDCW2012-2-900的衰減頻譜。以深圳順絡(luò)電子有限公司生產(chǎn)的共?？沽髌鱏DCW2012-2-900為例，該器件在100MHz的差模阻抗僅為4.6歐姆。從圖2所示的衰減特性也能看出共模扼流器對(duì)差分信號(hào)不會(huì)造成影響，主要是針對(duì)共模電流進(jìn)行選擇性的衰減。 圖3：USB2.0的ESD防護(hù)電路圖。 由于USB接口具有可熱插拔性，USB接口很容易因不可避免的人為因素而導(dǎo)致靜電損壞器件，比如死機(jī)、燒板等。因此使用USB接口的用戶迫切要求加入防ESD的保護(hù)器件。在圖3電路中，數(shù)據(jù)電源線、地線上各有一個(gè)工作電壓為5.5V、電容為100pF的壓敏電阻連到屏蔽地上。差分線對(duì)因數(shù)據(jù)傳送速度高達(dá)480Mbps，則需要連接電容小于4pF的器件，因?yàn)檩^大的電容可導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)波形惡化，甚至出現(xiàn)位錯(cuò)誤。因此在差分線對(duì)上接入工作電壓為18V、電容最大值為4pF的壓敏電阻器。圖4所示的電壓波形也驗(yàn)證了電容為4pF的壓敏電阻器(如深圳順絡(luò)電子有限公司生產(chǎn)的SDV1005H180C4R0GPT)對(duì)波形的影響不大。 圖4：不同電容值的壓敏電阻對(duì)波形的影響。對(duì)于USB2.0的PCB布線，需要考慮以下原則：1.差分線對(duì)要保持線長(zhǎng)匹配，否則會(huì)導(dǎo)致時(shí)序偏移、降低信號(hào)質(zhì)量以及增加EMI；2.差分線對(duì)之間的間距要保持小于10mm，并增大它們與其它信號(hào)走線的間距；3.差分走線要求在同一板層上，因?yàn)椴煌瑢又g的阻抗、過(guò)孔等差別會(huì)降低差模傳輸?shù)男Ч牍材Ｔ肼暎?.差分信號(hào)線之間的耦合會(huì)影響信號(hào)線的外在阻抗，必須采用終端電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)差分傳輸線的最佳匹配；5.盡量減少過(guò)孔等會(huì)引起線路不連續(xù)的因素；6.避免導(dǎo)致阻值不連續(xù)性的90度走線，可用圓弧或45度折線來(lái)代替；7.壓敏電阻器的接地端要接入屏蔽地層，并放置在端口位置。 2、利用TVS二極管來(lái)對(duì)USB進(jìn)行ESD保護(hù)數(shù)據(jù)率高達(dá)480Mbps的USB接口，要利用TVS二極管來(lái)進(jìn)行ESD保護(hù)，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的正常傳輸，必須要選擇低電容的LCTVS，它通常是將一個(gè)低電容二極管與TVS二極管串聯(lián)，以降低整個(gè)線路的電容(可低于3pF)，達(dá)到高速率回路的要求。TVS二極管的工作原理：處理瞬時(shí)脈沖對(duì)器件損害的最好辦法是將瞬時(shí)電流從敏感器件引開(kāi)。TVS二極管在線路板上是與被保護(hù)線路并聯(lián)的，當(dāng)瞬時(shí)電壓超過(guò)電路正常工作電壓后，TVS二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路，其結(jié)果是瞬時(shí)電流通過(guò)二極管被引開(kāi)，避開(kāi)被保護(hù)器件，并且在電壓回復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后，TVS二極管自動(dòng)回復(fù)高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。TVS二極管的特點(diǎn) ：（1）反應(yīng)迅速，使瞬時(shí)脈沖在沒(méi)有對(duì)線路或器件造成損傷之前就被有效地遏制；（2）二是截止電壓比較低，更適用于電池供電的低電壓回路環(huán)境；（3）對(duì)TVS二極管設(shè)計(jì)的改進(jìn)使其具有更低的漏電流和結(jié)電容，因而在處理高速率傳導(dǎo)回路的靜電沖擊時(shí)有更理想的性能表現(xiàn) ；備注：5kV的沖擊會(huì)造成約10%陶瓷電容失效，到10kV時(shí)，損壞率達(dá)到60%，而TVS可以承受15kV電壓。使用TVS二極管保護(hù)ESD損害的同時(shí)，必須配合合理的PCB布局：首先是要避免自感。對(duì)于ESD這樣巨變突發(fā)的脈沖，很可能會(huì)在回路中引起寄生自感，進(jìn)而對(duì)回路形成強(qiáng)大的電壓沖擊，并可能超出IC的承受極限而造成損傷。負(fù)載產(chǎn)生的自感電壓與電源變化強(qiáng)度成正比，ESD沖擊的瞬變特征易于誘發(fā)高強(qiáng)自感。減小寄生自感的基本原則是盡可能縮短分流回路，必須考慮到包括接地回路、TVS和被保護(hù)線路之間的回路以及由接口到TVS的通路等所有因素。所以TVS器件應(yīng)與接口盡量接近，與被保護(hù)線路盡量接近，這樣才會(huì)減少自感耦合到其它鄰近線路上的機(jī)會(huì)。 另外可應(yīng)用下述原則對(duì)線路進(jìn)行優(yōu)化： 1避免在保護(hù)線路附近走比較關(guān)鍵的信號(hào)線； 2盡量將接口安排在同一個(gè)邊上； 3避免被保護(hù)回路和未實(shí)施保護(hù)的回路并聯(lián)； 4各類信號(hào)線及其饋線所形成的回路所環(huán)繞面積要盡量小，必要時(shí)可考慮改變信號(hào)線或接地線的位置； 5將接口信號(hào)線路和接地線路直接接到保護(hù)器件上，然后再進(jìn)入回路的其它部分； 6將復(fù)位、中斷、控制信號(hào)遠(yuǎn)離輸入/輸出口，遠(yuǎn)離PCB的邊緣； 7在可能的地方都加入接地點(diǎn)； 8采用高集成度器件，二極管陣列不但可以大大節(jié)約線路板上的空間，而且減少了由于回路復(fù)雜可能誘發(fā)的寄生性線路自感的影響。 3、通過(guò)USB為電池充電USB 標(biāo)準(zhǔn)最有價(jià)值，卻最少被提及的特性之一就是可利用主機(jī)USB 接口作為電源對(duì)外設(shè)供電。除了直接對(duì)USB 設(shè)備供電，USB 電源最有用的功能之一就是對(duì)電池充電* 。（在與PC交換數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)電池充電）USB 電池充電可能很復(fù)雜，也可能很簡(jiǎn)單，這取決于USB 設(shè)備的要求。影響設(shè)計(jì)的因素不僅包括通常的成本、尺寸、重量等。其它重要因素還包括: 1) 電池耗盡的設(shè)備插入U(xiǎn)SB 端口時(shí)，要求多快開(kāi)始全功能運(yùn)行；2) 允許電池充電的時(shí)間；3) 在USB 功率限制范圍內(nèi)的功率分配；4) 是否需要一個(gè)交流適配器充電。 搞過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的人員都知道，所有USB主機(jī)，如電腦，每個(gè)USB插孔都能支持最少500mA電流輸出或驅(qū)動(dòng)5 個(gè)“單位負(fù)載”。在USB術(shù)語(yǔ)中，“一個(gè)單位負(fù)載”是100mA。自帶電源的USB集線器也能驅(qū)動(dòng)5個(gè)單位負(fù)載?？偩€驅(qū)動(dòng)的USB集線器只能保證驅(qū)動(dòng)一個(gè)單位負(fù)載。備注：按照USB規(guī)范，由USB主機(jī)或帶電源的集線器提供的，電纜外設(shè)端的最小可用電壓為4.5V，而由USB總線驅(qū)動(dòng)的集線器提供的最小電壓為4.35V。用這些電壓對(duì)充電電壓典型要求為4.2V的Li+電池充電時(shí)，只有很小的裕度，這使得充電器的壓降變得極為重要。所有接入U(xiǎn)SB端口的設(shè)備啟動(dòng)時(shí)消耗電流都不能超過(guò)100mA。與主機(jī)進(jìn)行通信后，設(shè)備才能決定是否可以用足500mA電流（一旦與主機(jī)連接，所有USB設(shè)備都必須首先讓主機(jī)識(shí)別自己。這一動(dòng)作被稱為枚舉）。所以，USB設(shè)備與電腦連接時(shí)，如果設(shè)備的啟動(dòng)電流大于100 mA，不僅不能給電池充電，還需要由電池提供部分的電流來(lái)時(shí)設(shè)備正常工作，只有電腦識(shí)別到USB設(shè)備后，能夠提供高達(dá)500mA的電流，此時(shí)不僅能與電腦交換數(shù)據(jù)，還同時(shí)利用電腦電源給電池充電。 當(dāng)然，也可以利用USB電源給鎳氫電池充電（畢竟鎳氫電池成本低），但是需要增加一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器將1.3V的電池電壓升至設(shè)備可使用的電壓，典型為3.3V。鮮為人知的USB特性USB端口并不限制電流（與規(guī)范差異的地方）盡管USB規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了每個(gè)USB端口必須提供多少電流，但對(duì)于它能夠提供多少電流，規(guī)范給出的界限卻極為寬泛。盡管定義了電流上限不能超過(guò)500mA，但一個(gè)明智的設(shè)計(jì)者不應(yīng)該依賴于這個(gè)信息。任何情況下，都不認(rèn)為每個(gè)USB端口會(huì)將它的輸出電流限制在500mA，或附近的一個(gè)值。實(shí)際上，USB端口輸出的電流經(jīng)常超過(guò)幾安培，因?yàn)槎喽丝谙到y(tǒng)(如PC機(jī))經(jīng)常只有一個(gè)保護(hù)器件公用于所有的端口。保護(hù)器件被設(shè)定在所有端口總額定功率之上。因此，一個(gè)4USB端口系統(tǒng)，如果其余3個(gè)端口未被使用，一個(gè)端口就可提供超過(guò)2A的電流。此外，盡管一些PC機(jī)使用精度為10%至20%的IC保護(hù)方案，其它大多使用非常不精確的自復(fù)保險(xiǎn)絲，只有負(fù)載功率超出額定值100%或更高時(shí)才會(huì)觸發(fā)。USB端口很少(從不)關(guān)斷電源。USB規(guī)范對(duì)此并沒(méi)有說(shuō)明，但人們時(shí)常認(rèn)為如果枚舉失敗，或遇到其它軟件或固件問(wèn)題，USB電源可能被關(guān)斷。但實(shí)際情況是，除非有電路故障(如短路)，沒(méi)有USB主機(jī)會(huì)關(guān)斷USB電源。也許會(huì)有例外，但是目前還沒(méi)有見(jiàn)到。筆記本和主板生產(chǎn)商甚至不愿意為故障保護(hù)買(mǎi)單，更不用說(shuō)智能電源切換了。因此，無(wú)論USB外設(shè)與主機(jī)的對(duì)話是否發(fā)生，5V一直可以利用(電流為500mA或100mA，也許為2A或更高)。USB供電的閱讀燈、咖啡杯加熱器以及其他一些諸如此類沒(méi)有任何通信能力的產(chǎn)品的出現(xiàn)就證明了這一點(diǎn)。它們可能并不“守規(guī)”，但它們工作的很好。例子：我們的數(shù)碼隨身聽(tīng)，凡是用聚合物鋰電池的，現(xiàn)在都用BQ24013來(lái)控制充電，一方面可以直接使用USB的電源充電，另一方面也可以利用充電適配器來(lái)給電池充電。一般的小雜牌廠家，為了降低成本，一般都是用普通的穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)壓，充電效果極不好，對(duì)鋰電池的傷害也很大。4、USB接口與串口設(shè)備之間互連問(wèn)題由于USB口具有即插即用的特性，現(xiàn)已出現(xiàn)只有USB口而沒(méi)有傳統(tǒng)接口的PC，但是有很多業(yè)界專業(yè)人士或嵌入式應(yīng)用人員一直采用的是UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter通用異步收發(fā)器）接口，如改用USB對(duì)他們而言需要投入太多的時(shí)間和金錢(qián)，那么在這樣的計(jì)算機(jī)上如何使用舊式基于串行接口的設(shè)備呢？ 可采用三種基本方法調(diào)整系統(tǒng)，使之適應(yīng)無(wú)傳統(tǒng)接口的PC。第一種方法是進(jìn)行全面的系統(tǒng)再設(shè)計(jì)，使設(shè)備本身能夠支持USB連接；本方案涉及很多工作，除了硬件改變之外，還需進(jìn)行軟件方面的改動(dòng)。第二種方法是使用目前市面上出現(xiàn)的USB至RS-232適配器；本方案可快速使用但成本較高，同時(shí)產(chǎn)品的兼容性、質(zhì)量不能得到很好的保障，可能導(dǎo)致維修服務(wù)增加對(duì)品牌產(chǎn)生負(fù)面影響。第三種方法則是采用為系統(tǒng)應(yīng)用定制的USB至UART適配器。 這種方案有專用外部接口方式和嵌入式橋接兩種方式。5、USB對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求（1）所有具有接地底板護(hù)罩的元件都應(yīng)將護(hù)罩連接到底板接地框。具有護(hù)罩的元件比如：USB 座、按鈕、耳機(jī)插座、話筒等。由于護(hù)罩的導(dǎo)電性高且表面積大，因此他們極易成為靜電放電的電荷傳輸路徑。（2）如果電性能允許，在每條連接到外部電纜線的信號(hào)線上都應(yīng)置有鐵氧體磁環(huán)。主要信號(hào)線包括：線路輸出/耳機(jī)、線路輸入、遙控和USB_5V信號(hào)。每個(gè)鐵氧體磁環(huán)的位置都應(yīng)盡可能靠近元件，并且在元件引腳和鐵氧體間沒(méi)有過(guò)孔，對(duì)于線路輸入和線路輸出信號(hào)，鐵氧體的直流電阻應(yīng)在0.4歐姆以內(nèi)，否則總諧波失真（THD）將變大。（3）不應(yīng)將鐵氧體磁環(huán)置于USB D+ 和D信號(hào)線上。 如果使用鐵氧體磁環(huán)，他們可能破壞D+ 和D 信號(hào)的完整性，從而導(dǎo)致USB 通訊故障。（4）USB 接口應(yīng)該采用一個(gè)非導(dǎo)電性罩或者橡膠塞包裹。播放器外殼上的按鈕或開(kāi)關(guān)應(yīng)不導(dǎo)電。所以至少，印刷電路板上與按鈕或開(kāi)關(guān)接觸的內(nèi)層材料應(yīng)不導(dǎo)電。如果整個(gè)按鈕導(dǎo)電，則將導(dǎo)致在靜電放電時(shí)電荷均勻分布在按鈕或開(kāi)關(guān)上。這將減少電路板和靜電放電源之間的有效空隙，從而使靜電放電能以較高的電壓釋放到電路板上。如果采用金屬或者導(dǎo)電性的外殼，那么我們的設(shè)計(jì)就應(yīng)該允許電荷在電路板的各面均勻分布，以構(gòu)成一個(gè)法拉第罩。按鈕和機(jī)器外殼直接的空隙盡可能小，以防止靜電放電情況穿透空隙的空氣直接放電到電路板上。四、USB使用常識(shí)問(wèn)題1、你用的USB，真的是2.0嗎？相信大家手邊都有蠻多產(chǎn)品是使用USB接口與計(jì)算機(jī)連接的，例如打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、U盤(pán)、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、外置光驅(qū)、外置硬盤(pán)等。但所用的USB，是真的以USB2.0的速度在傳輸數(shù)據(jù)嗎？ USB傳輸速度必須分四個(gè)部份（主板芯片組、操作系統(tǒng)、外接設(shè)備、傳輸線）來(lái)檢查USB規(guī)格是否通通為2.0，不然明明是USB2.0的周邊產(chǎn)品，實(shí)際的傳輸速度可能只有USB1.1。 （1）首先保證所購(gòu)買(mǎi)的外接設(shè)備支持High USB2.0外，還要注意主板、操作系統(tǒng)、傳輸線是否支持USB2.0，最重要的是操作系統(tǒng)與外接設(shè)備的USB2.0驅(qū)動(dòng)程序是否有安裝、設(shè)置成功。不然操作系統(tǒng)與所有的硬件都支持USB2.0，卻沒(méi)將USB2.0驅(qū)動(dòng)程序設(shè)定成功，一直使用低速的USB1.1而不自知，這不是很浪費(fèi)嗎？USB2.0兼容于USB1.1，因此系統(tǒng)不會(huì)主動(dòng)告知使用者，目前的USBPort是以USB1.1還是USB2.0的傳輸速度在傳送文件，所以就得自行檢查計(jì)算機(jī)軟硬件的各部份是否都已安裝妥當(dāng)，才能肯定的大聲說(shuō)“我用USB2.0！”（2）只要是WindowsMe操作系統(tǒng)以上的計(jì)算機(jī)，都已支持并內(nèi)建USB1.1外接設(shè)備（Device）的驅(qū)動(dòng)程序，不需另外安裝驅(qū)動(dòng)程序就可馬上使用。而WindowsXPServicePack1（SP1）以上的操作系統(tǒng)都支持并內(nèi)建USB2.0外接設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。將Windows2000操作系統(tǒng)升級(jí)成支持USB2.0，需要Usbport.sys、Usbhub20.sys、Usbehci.sys三個(gè)文件，WindowsUpdate會(huì)自動(dòng)下載、安裝成功，不用怕漏了哪些文件忘記安裝。而對(duì)于舊版的操作系統(tǒng)，如Windows98、95與NT4.0，Microsoft已經(jīng)不會(huì)再推出USB更新程序，因此確定這些操作系統(tǒng)通通不支持USB2.0。 （3）傳輸線對(duì)usb2.0速度的影響：有時(shí)候，因?yàn)橛?jì)算機(jī)主機(jī)沒(méi)有前置USBPort，因此須將主機(jī)后方的USBPort