USB2.0 闪存盘控制芯片“优芯II 号”的特点及应用电路

USB2.0 闪存盘控制芯片“优芯II 号”的特点及应用电路

深圳市朗科科技有限公司推出的采用0.18um CMOS 工艺的“优芯II 号”SB2.0 闪存盘控制芯片。在优芯II 号的应用中，除了必需的优芯II 号和闪存，只需要一个5V 到3.3V 的电压调整IC、一个12 兆赫兹晶体振 荡器和电压滤波电容就可以组成完整的系统，BOM 成本非常低。而且优芯II 号支持目前市场上主流的半 导体存储芯片，包括三星、东芝、ST、Hynix、美光和瑞萨等公司的SLC、MLC 及AG-AND 8/16 位闪存。

USB 技术概述

英特尔等世界的7 家计算机公司和通讯公司于1995 年11 月正式制定了USB0.9 通用串行总线规范。 1996 年1 月USB1.0 标准推出，1998 年9 月他们又制定出整合了电磁传送的规格、协议以及软硬件技术的 USB1.1 标准。2000 年8 月，USB 标准升级到2.0，衍生有OTG(On-The-Go)技术。2005 年5 月，无线USB1.0 标准确定。 在USB 1.1 标准中，USB 分为低速(LS)1.5Mbps、全速(FS)12Mbps。在2.0 的标准中，除了包括1.1 标准中的所有规定，还增加了高速(HS)480Mbps。在这里特别要说明的是，现在市面上销售的USB 产品，如闪存 盘、MP3 等，标明是USB 2.0，标识并没有错，也是某些厂商的投机取巧，而对于用户来讲，是否为支持 高速版才是重要的。

USB 在主机和设备之间的传输方式有四种：分别为控制传输、同步传输(如CDC 类，包括调制解调、PC 摄像头等)、中断传输(如HID 类，包括USB 鼠标、键盘等输入设备)、批量(bulk)传输。批量(bulk)传输主要应 用于USB 海量存储(Mass storage)，这个类包括闪存盘、数码相机、MP3 播放器等 .

芯片功能

优芯II 号是面向于闪存盘的ASIC，属于USB 海量存储类别范畴，完全符合FS 和HS 规范，而LS 对于存 储来说并不需要。考虑已经习惯的说法，优芯II 号符合USB 2.0 协议，向后兼容USB 1.1 标准。它实现了 模拟USB HDD/ZIP/FDD 的启动，通过GPIO 口驱动LED 指示闪存盘的工作状态。如前所述，该芯片具有良好的闪存兼容性，支持目前市场上主流的半导体存储芯片。

优芯II 号量产产品采用LQFP 48 封装，同时提供二次开发版本(LQFP 80 封装)，可外接Flash ROM 或ROM 仿真器开发。其片内程序ROM 空间为64K，完全满足闪存盘功能应用。它支持WINDOWS 98/Me/2000/XP ⑥/2003、Mac OS .x/X、Linux 2.4.x 以上内核操作系统。

值得一提的是，优芯II 号使用了已经提交为发明的双通道技术(D-Channel)和双缓冲技术(D-Buffer)，提供了超过16MBps 的写速度、20MBps 的读速度。其内部集成了在线式编解码ECC 功能模块，ECC 功能模 块采用了Reed-Solomon 算法，并且配合朗科科技有限公司独有的USAFE 超稳定技术，的保证了 数据的安全，而且优芯II 号具有密码保护功能，保护闪存数据私有性。

图1 为优芯II 号的结构框图。其内部的电源管理模块使得采用该芯片的闪存盘完全符合USB 的电源管理要 求(连接设备小于100mA)，工作在20MBps 的高速模式下时工作电流在70mA 以下，休眠电流380uA，小 于USB 标准的500uA。

设计特点和应用电路 优芯II 号的管脚如图2 所示，USB 差分信号线DP、DM 的排列直接连接到USB 头DP、DM，避免了目前 市面上多数USB 2.0 闪存盘控制芯片DP、DM 的连接绕弯或打过孔连接到USB 头，从而保证了信号质量、
提高了对于不同电脑主板的兼容性。

晶体振荡器输入输出管脚(XSCI、XSCO)的排列，使得在PCB 上的布局对其他信号没有任何影响，有利于 抑制噪声。

闪存接口信号(FIO0~FIO15)的排列对于单片8 位或单片16 位的闪存是直接连接，对于两片8 位或两片16 位的闪存，采用双面贴片，也保证了直接连接，而信号走线的短化则提高了信号质量。

该芯片有三组电源：模拟3.3V(VCC3A、VCC3A_U20、VCC3A_HS、GNDA、NDA_U20、GNDA_HS) 向收发器、锁相环、振荡器、内部电压调整器供电；数字3.3V 为输入输出供电；数字1.8V 向内部逻辑和 存储器供电。数字逻辑部分容易带来噪声，而模拟电路部分需要比较稳定的电源，在应用中需要通过电感
或磁珠将模拟电源和数字电源隔离。(备注：这里电源是指VCC 和GND 对。某些工程师认为只是将VCC 隔离，而GND 连在一起，这种理解是不对的)。

优芯II 号内部需要的上电复位时间为3.7us，时钟输出需要771us，时钟输出到优芯II 号正常工作需要937us。 理论上，复位时间在3.7us~771us 之内，对该芯片正常工作没有任何影响。外部复位电路调试时要考虑电源 电压稳定时间、闪存上电稳定时间、抗干扰能力等因素，参考电路如图3。

优芯II 号外接振荡电路如图4 所示。电阻RS 常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗晶振 的接触电镀，这将引起频率的上升。可用一台示波器检测OSCO 输出脚，如果检测到一个非常清晰的正弦 波，且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动；相反，如果正弦波形的波峰、 波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS 来防止晶振被过分驱动。

判断电阻RS 值大小的简单方法就是串联一个5kΩ 或10kΩ 的微调电阻，从0 开始慢慢调高，一直到正 弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到接近的电阻RS 值。在晶体振荡下，电阻RF≈1MΩ。相位 调节电容C1 为22pF，增益调节电容C2 为30pF。在许可范围内，C1、C2 值越低越好。C 值偏大虽有利于 振荡器的稳定，但将会增加起振时间。 应使C2 值大于C1 值，这样可使上电时，加快晶振起振。

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