带有USB通信功能电路的硬件设计问题
电子设计宝典 2024-06-07


在日常生活与工作中,经常会碰到这样的困惑现象
办公笔记本只含有2个USB接口,除了连接1个鼠标与1个键盘之外,其他的带USB接口的设备比如移动硬盘就不能用了;

与之类似,工程师在开发带有USB通信功能的电路项目,也会面临相同的硬件设计问题:1个USB接口的芯片如何能与多个USB同时通信?

如何与多个USB保持通信之所以存在这类问题,主要是芯片的USB通信接口数量不足;在之前的“使用什么芯片可以扩展USB通信接口”文章介绍中,芯片哥把WAS4735Q的电路应用做了一个较为全面的解读;虽然WAS4735Q芯片能解决USB接口的扩展问题,但仅仅局限于分时使用,并不支持同时使用;

芯片面对“同时支持与多个USB通信”的电路设计需求,硬件工程师该如何去解决此问题?采用什么稳定可靠的设计方案去解决呢?USB2422芯片就可以较好地实现1个USB接口同时与多个USB通信的功能,当然这里面的“多个”是指2个;


USB2422芯片引脚定义

USB2422引脚定义图在芯片的24个引脚中,与USB通信主要相关联的引脚,可以细分为


  • Pin2~Pin5引脚:定义为USB数据通信的DOWM类型;
  • Pin19 & Pin20引脚:定义为USB数据通信的UP类型;
  • Pin16引脚:检测USB电源功能;
  • Pin13 & Pin14引脚:软件功能配置引脚;


其他引脚功能请参阅芯片的规格书,比如在办公笔记本上,电脑上的USB接口可以等效为Pin19 & Pin20的USB接口,属于数据UP类型;而希望与电脑1个USB接口同时通信的设备,比如键盘和移动硬盘,它们两的USB接口可以等效为Pin2~Pin5的USB接口,属于DOWM类型;

USB2422芯片应用电路图

USB2422应用电路图工程师在利用USB2422芯片开发项目,设计它的应用电路方案,需要区分两点


  1. 如果UP类型的USB是属于笔记本或者电脑,DOWN类型的USB是类似于U盘、移动硬盘或者键盘等器件,工程师可以使用USB2422芯片开发USB HUB集线器,实现1个USB通信接口与多个USB保持通信功能;
  2. 如果UP类型的USB是属于带有USB功能的单片机,DOWM类型的USB是其他带有USB通信功能的芯片或者设备,工程师在开发类似的电路项目,可以参考上面的USB2422应用电路图方案,设计实现1个USB通信接口与多个USB保持通信功能;


在应用电路图中,芯片哥加入了USB电源的检测功能,具体的实现过程


当USB电源接入,经过100K/0603贴片电阻R7与100K/0603贴片电阻R6分压,送入芯片的Pin16引脚,当芯片检测到电压,则表示USB连接成功;当芯片没有检测到电压,则表示USB没有连接,也就是芯片判断外界无USB通信请求;

USB2422软件配置功能


除去硬件电路的设计,USB2422芯片还需要通过软件的设置才能正常实现USB通信的“1对2”功能;为了方便工程师更容易理解,举例说明
如果是UP类型的USB是属于带有USB通信功能的单片机,则直接选用单片机的两个IO引脚,与USB2422芯片的Pin13 & Pin14引脚相连;在USB通信“1对2”时,单片机便可以通过自身的程序可以配置两个DOWM类型的USB通信数据的分配问题;

至此,工程师初步了解了USB2422芯片的功能,包括引脚定义,硬件电路设计以及软件配置的设计相关内容;还有很多其他重要的内容,比如芯片的电压电流参数、工作宽带、ESD等级,限于文章篇幅,芯片哥就不再详细给出;只是为了给工程师提供一种电路设计方案,帮助工程师在项目开发中遇到类似的USB通信问题,能轻松地面对处理;
电路设计

最后需要强调的内容,对于同一个电路设计问题,会存在多个不同的设计解决方案;针对在USB通信时出现的“一对多”问题,USB2422芯片的应用电路方案只是其中一个;

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