Mikrokontroler.pl - portal dla elektroników

Interfejs USB

Struktura intefejsu USB

Interfejs USB składa się z kilku bloków, które razem zapewniają pełną funkcjonalność USB. Struktura modułu USB zawiera:

• kontroler USB zgodny z USB On-The-Go (OTG) 2.0 (konkretny typ kontrolera zależy od modelu mikroprocesora). Dostępne opcje:
  • kontroler USB full-speed (FS)/low-speed (LS),
  • kontroler USB obsługujący tryb high-speed (HS) – opcja ta jest dostępna z użyciem zewnętrznego modułu warstwy fizycznej, zgodnego ze standardem ULPI (tylko w rodzinach Kinetis K20 i K60),
  • wbudowany transceiver UBS FS/LS,
  • stabilizator napięcia zasilany z USB (USB regulator),
  • układ wykrywania ładowarek (USB Device Charger Detect, DCD).

Rys. 38. Działanie stabilizatora napięcia sterowanego z USB

Kontroler FS/LS

Kontroler USB FS/LS zapewnia komunikację z hostem i urządzeniami USB, wraz z obsługą pracy w trybie OTG. Kontroler ten jest kompatybilny z USB 2.0 i może pracować z przepływnościami full-speed (12 Mbps) i low-speed (1,5 Mbps).

Kontroler FS/LS zawsze współpracuje z wbudowanym transceiverem FS/LS. Blok transceivera jest wyposażony w rezystory obniżające (pulldown) na liniach D+ i D- oraz rezystor podciągający na linii D+. Pomaga to zredukować liczbę zewnętrznych elementów potrzebnych do realizacji łączności USB.

Kontroler obsługujący tryb HS

Kontroler USB obsługujący tryb HS (HS-capable) zapewnia komunikację z hostem i urządzeniami USB, wraz z możliwością działania OTG. Kontroler ten jest kompatybilny z USB 2.0 i może pracować przepływnościami high-speed (480 Mbps) oraz  full-speed (12 Mbps) jako urządzenie lub w trybie OTG, a także z przepływnościami HS/FS/LS jako host.

Kontroler, aby móc pracować z prędkością high-speed, musi być używany z opcjonalnym zewnętrznym interfejsem fizycznym UTMI+ Low Pin (ULPI). Jeśli praca HS nie jest wymagana, można wykorzystać wbudowany transceiver FS/LS.

Stabilizator napięcia USB Regulator

Stabilizator napięcia USB generuje napięcie 3,3 V, zasilany z szyny USB VBUS lub źródła bateryjnego. Jest to liniowy stabilizator LDO (Low-dropout), utrzymujący na wyjściu napięcie 3,3 V, przy zasilaniu od 2,5 do 5,5 V. Napięcie wyjściowe tego stabilizatora jest używane do zasilania wbudowanego transceivera USB oraz układu wykrywania ładowarek (DCD). Wyprowadzenie wyjściowe (VOUT33), potrafiące dostarczyć prąd do 120 mA, może być wykorzystywane także do zasilania zewnętrznych układów na płytce, co eliminuje koszt związany z zastosowaniem zewnętrznego stabilizatora LDO.

Moduł Device Charger Detect (DCD)

Device Charger Detect, czyli układ wykrywania ładowarek (USBDCD) współpracuje z transceiverem USB i wykrywa podłączenie urządzenia USB do portu ładującego (dedykowanego portu lub ładującego hosta). Dzięki prawidłowej identyfikacji typu portu ładującego, mikrokontroler może kontrolować układ ładujący baterię, żądając wyższego poboru prądu z szyny USB VBUS. Tradycyjny podsystem USB, bez modułu sprzętowego USBDCD, pobierałby z USB VBUS tylko minimalny prąd. Korzyść polega na optymalizacji prądu lub czasu ładowania.

Rys. 39. Układ wykrywania ładowarek Device Charger Detect (DCD)