设计USB协议接口时的六个关键问题

　　一个使用高速信号进行数据传输的系统有时是十分困难的，尤其是当可供选择的通信协议十分繁多的时候。虽然很多通信协议都是高速信号的理想选择，但其中有一个协议特别受欢迎，那就是 USB 协议。它通常和游戏、汽车音响主机、PC 和笔记本电脑应用联系在一起。由于支持多种类型的数据传输和高功率充电，USB 协议已成为一种更通用的高速数据协议、接口和电缆规范。图 1 展示了 USB 自 1998 年发布以来的发展历程。

　　图 1：USB 协议的发展历程——2019 年发布 USB 4.0

　　为了让您了解 USB 协议是否适合您的系统并满足您的高速接口需求，我们为您列出了设计师通常需要考虑的六个关键问题:

　　1.  您的 CPU 或 MCU 的接口功能是什么？

　　当使用 USB 时，首先需要考虑中央处理器（CPU）或微控制器（MCU）的接口能力，因为该器件是您设计中高速数据传输的基础。如果您发现需要将数据从 CPU 或 MCU 传输到连接的外围设备，且数据传输速率大于 10 Mbps，USB 则是一个很好的选择。

　　2.  当接口的数据链路缺乏可靠性时，您如何远距离传输数据？

　　USB 可以通过现有的集成电路解决方案取代这种连接，从而扩展接口的通信能力。USB 转接驱动器有助于在远距离传输时保持信号完整性。像 TUSB216（USB 2.0）和 TUSB1002A（USB 3.0）这样的器件具有特定于 USB 协议的功能，可以简化 USB 中转接驱动器的实现。

　　3.  如果您的 MCU 或 CPU 只有一个 USB 接口实例怎么办？

　　USB 包括一种称为 USB 集线器的器件，它可以轻松地将一个端口转换为多个端口。TUSB4041I、TUSB8041A 和 TUSB8042A 等四端口高速 USB 集线器有助于增加可同时使用的设备数量。

　　4.  如果您的 CPU 或 MCU 接口的接口选项有限怎么办？

　　USB 解决方案已经取得进展，可以转换到其他接口，如通用异步收发器(UART)或串行   技术附件(SATA)。USB 桥接器可支持 USB 到 UART 和 SATA 的转换。如果您的 MCU 或 CPU 没有连接到 UART 或 SATA 的接口，或者对于普通的 UART 或 SATA 接口来说传输距离太远，请考虑使用像 TUSB3410 和 TUSB9261 这样的 USB 桥接器。

　　5.  所有的 USB 连接都需要外部连接吗？

　　虽然在消费电子产品中到处都可以看到外部 USB 端口，但 USB 连接并不一定要在外部。如果您选择的 MCU 或 CPU 具有 USB 功能，也可以考虑使用 USB 与系统中其他 MCU 或 CPU 进行嵌入式连接。USB 有内置的数据编码，能够减少电磁干扰和链路电源管理以实现高功效。USB 还为有许多低级驱动程序的客户软件增加了灵活性。

　　6.  如果您需要的灵活性比标准 USB 连接能提供的高怎么办？

　　USB Type-C?协议的出现大大提高了 USB 的灵活性。USB Type-C 可以创建充当 USB 主机或 USB 设备的外围设备，从而使系统能够以多种方式对不同类型的连接做出反应。USB Type-C 有源多路复用器还可以确保接口配置正确，同时提供符合 USB 规范的信号完整性。

　　TUSB542 和 TUSB1042I 等有源多路复用器应在您的标准 Type-C 设计中使用。USB Type-C 还有利于在同一个接口上传输多种类型的高速数据，如 DisplayPort、高清多媒体接口、UART 和其他视频或自定义接口。TUSB1146 和 TUSB1064 对于系统启用其交替模式功能至关重要。

　　有关 USB 协议和 USB 实现的技术细节，请查看下面的资源。如果您遇到 USB 技术问题，并且需要帮助，以为您的系统选择合适的产品，可在 TI E2ETM 接口论坛上发帖交流。