USBhub.docx

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USBhub

USB集线器芯片

公司型号

AlcorMicroAU2916,AU9412

AtemlAT43301,AT43311

FDTIFT8U2100AX

Intel8x930Hx,8x931Hx

KCTechnologyKC82C160,KC82C169

MotorolaMC141555,MC141556

PhilipsPDIUSBH11,PDIUSBH12

SolaElectronicsMSE9701,MSE9712

TITUSB204613

USARSystemsUR3HCGNH

WinbondW81C180,W82C620

USB251x

　　史恩希股份有限公司（SMSC）推出下一代连接解决方案-高速USB2.0USB251x集线器控制器和USB331xULPI收发器系列。

该新型高速USB集线器控制器可提供小占板空间的连接方法，与以前的器件相比，设计者可节省高达60%的占板空间。

电源和空间效率的改进使该ULPI收发器成为迄今为止具有最丰富功能的收发器件。

超强的设计灵活性带来的更高集成度和高性能，使这些新的解决方案可满足计算、消费电子和工业等领域中新兴应用对尺寸和电源规范更为严格的需求。

USB集线器系列

　　SMSCUSB2512（2端口）、USB2513（3端口）和USB2514（4端口）控制器系列产品具有的PortMap、PortSwap、TrueSpeed和PHYBoost技术，使其可提供独一无二的功能。

每种新的内置功能都使工程师能够灵活地设计并能调整他们的设计而无需重复先前的设计步骤。

这些业界领先的技术包括：

　　PortMap-为物理端口到虚拟端口提供灵活的编号匹配，使设计者能够将USB作为一种嵌入外设功能的内部系统总线，以及一种支持同板不同配置的多SKU方式；

　　PortSwap-通过可编程位置互换的USB差分对将USB信号线直接连接到连接器，来简化PCB布局；

　　TrueSpeed-提供内置LED驱动器，指示连接的USB主机/设备的运行速度：

是以480Mbps的高速，还是以12Mbps的全速或是以1.5Mbps的低速运行；

　　PHYBoost-在下行端口收发器中可提供四级可编程USB信号驱动能力。

PHYBoost可以保持受不良PCB布局、模拟开关、长电缆等系统级变化影响的USB信号完整性。

　　利用SMSCUSB收发器的模拟技术，新的集线器控制器件系列可为设计者提供比上一代SMSC器件节省高达40%的功耗。

这种节省可为便携式设计提供高功效的USB系统总线，同时可在较小的封装内改善系统的热特性。

此外，这些新控制器继续采用了SMSC的MultiTRAK技术。

这种架构的每个下行全速设备专用一条通行管道或处理转换器（TT），使终端用户可体验比其他采用共享TT系统的集线器控制器提高100%的全速数据吞吐能力。

USBULPI收发器系列

　　高速USBULPI收发器的USB331x系列产品包括USB3311、USB3315、USB3316、USB3317、USB3318和USB3319，非常适合那些电路板空间和功耗非常

161715:

　SMSC推出下一代连接解决方案—高速USB2.0USB251x集线器控制器和USB331xULPI收发器系列。

该新型高速USB集线器控制器可提供业界最小占板空间的连接方法，与以前的器件相比，设计者可节省高达60%的占板空间。

电源和空间效率的改进使该ULPI收发器成为迄今为止具有最丰富功能的收发器件。

超强的设计灵活性带来的更高集成度和高性能，使这些新的解决方案可满足计算、消费电子和工业等领域中新兴应用对尺寸和电源规范更为严格的需求。

SMSC连接营销副总裁MarkBode表示：

“对传输速度和集成非常重要的设备来说，USB正在迅速成为随处可见的连接点。

我们的集线器和收发器产品提供的广泛的技术优势和灵活性，有助于设计者迅速而容易地集成强大、快速的USB连接。

”

161715:

　SMSC推出下一代连接解决方案—高速USB2.0USB251x集线器控制器和USB331xULPI收发器系列。

该新型高速USB集线器控制器可提供业界最小占板空间的连接方法，与以前的器件相比，设计者可节省高达60%的占板空间。

电源和空间效率的改进使该ULPI收发器成为迄今为止具有最丰富功能的收发器件。

超强的设计灵活性带来的更高集成度和高性能，使这些新的解决方案可满足计算、消费电子和工业等领域中新兴应用对尺寸和电源规范更为严格的需求。

　　SMSC连接营销副总裁MarkBode表示：

“对传输速度和集成非常重要的设备来说，USB正在迅速成为随处可见的连接点。

我们的集线器和收发器产品提供的广泛的技术优势和灵活性，有助于设计者迅速而容易地集成强大、快速的USB连接。

”

　　USB集线器系列

　　SMSCUSB2512（2端口）、USB2513（3端口）和USB2514（4端口）控制器系列产品具有的PortMap、PortSwap、TrueSpeed和PHYBoost技术，使其可提供独一无二的功能。

每种新的内置功能都使工程师能够灵活地设计并能调整他们的设计而无需重复先前的设计步骤。

这些业界领先的技术包括：

PortMap—为物理端口到虚拟端口提供灵活的编号匹配，使设计者能够将USB作为一种嵌入外设功能的内部系统总线，以及一种支持同板不同配置的多SKU方式；

PortSwap—通过可编程位置互换的USB差分对将USB信号线直接连接到连接器，来简化PCB布局；

TrueSpeed—提供内置LED驱动器，指示连接的USB主机/设备的运行速度：

是以480Mbps的高速，还是以12Mbps的全速或是以1.5Mbps的低速运行；

PHYBoost—在下行端口收发器中可提供四级可编程USB信号驱动能力。

PHYBoost可以保持受不良PCB布局、模拟开关、长电缆等系统级变化影响的USB信号完整性。

　　利用SMSCUSB收发器的模拟技术，新的集线器控制器件系列可为设计者提供比上一代SMSC器件节省高达40%的功耗。

这种节省可为便携式设计提供高功效的USB系统总线，同时可在较小的封装内改善系统的热特性。

此外，这些新控制器继续采用了SMSC的MultiTRAK™技术。

这种架构的每个下行全速设备专用一条通行管道或处理转换器（TT），使终端用户可体验比其他采用共享TT系统的集线器控制器提高100%的全速数据吞吐能力。

　　USBULPI收发器系列

　　高速USBULPI收发器的USB331x系列产品包括USB3311、USB3315、USB3316、USB3317、USB3318和USB3319，非常适合那些电路板空间和功耗非常关键的便携式应用，例如移动电话或个人媒体播放器。

USB331x收发器系列产品通过提供封装尺寸小至3x3mm的解决方案，比以前解决方案节省了占板空间。

　　USB331x收发器系列产品采用高性能“无封包（wrapperless）”ULPI设计，可容易地集成到SoC参考设计中。

与之前推出的SMSC器件相比，USB331x可在确保性能的同时，降低高达40%的工作电流和高达80%的待机电流。

这对电池供电的便携式设备非常关键。

采用SMSC的flexPWR™技术，该收发器具有从1.8V至3.3V的I/O电压范围，可满足消费电子应用不断变化的需求。

USB331x收发器系列产品集成了USB开关、线性稳压器和增强的ESD保护电路功能，可减小尺寸并降低功耗，而不影响性能，也可降低产品的BOM元件数和PCB板面积。

　　质量提高

　　随着高速USB的发展，小型尺寸应用中需要的USB连接产品的开发需求也在日益增长。

这些尺寸减小的设计通常需要扩大的温度范围，以满足系统设计的要求。

SMSC的USB251x和USB331x器件符合-40°C至85°C的工业温度范围，有助于改善许多小尺寸嵌入式和便携式应用所需的热特性。

　　USB集线器控制器和收发器通常可为一个系统提供外部连接。

这样，这些控制器对保护USB子系统免受ESD干扰至关重要。

SMSC产品系列中的每款产品都内置了增强型ESD保护电路。

这些新型的SMSC器件具有对从2kV工业标准至8kV人体模型（HBM）ESD事件的保护能力，同时这些器件也通过了IEC8kV接触放电和15kV空气放电测试。

　　Bode先生补充道：

“SMSC通过集成强大和成本及尺寸敏感的ESD保护，为SoC提供了额外的保护，在USB领域保持了领先地位。

”

　　定价和供货情况

USB251x系列产品和USB331x系列产品均已提供样品。

两个产品系列1万件起订，USB251x系列产品单价范围为1.60至4.20美元；USB331x系列产品单价范围为0.80至0.90美元。

　　USB集线器系列

　　SMSCUSB2512（2端口）、USB2513（3端口）和USB2514（4端口）控制器系列产品具有的PortMap、PortSwap、TrueSpeed和PHYBoost技术，使其可提供独一无二的功能。

每种新的内置功能都使工程师能够灵活地设计并能调整他们的设计而无需重复先前的设计步骤。

这些业界领先的技术包括：

PortMap—为物理端口到虚拟端口提供灵活的编号匹配，使设计者能够将USB作为一种嵌入外设功能的内部系统总线，以及一种支持同板不同配置的多SKU方式；

PortSwap—通过可编程位置互换的USB差分对将USB信号线直接连接到连接器，来简化PCB布局；

TrueSpeed—提供内置LED驱动器，指示连接的USB主机/设备的运行速度：

是以480Mbps的高速，还是以12Mbps的全速或是以1.5Mbps的低速运行；

PHYBoost—在下行端口收发器中可提供四级可编程USB信号驱动能力。

PHYBoost可以保持受不良PCB布局、模拟开关、长电缆等系统级变化影响的USB信号完整性。

　　利用SMSCUSB收发器的模拟技术，新的集线器控制器件系列可为设计者提供比上一代SMSC器件节省高达40%的功耗。

这种节省可为便携式设计提供高功效的USB系统总线，同时可在较小的封装内改善系统的热特性。

此外，这些新控制器继续采用了SMSC的MultiTRAK™技术。

这种架构的每个下行全速设备专用一条通行管道或处理转换器（TT），使终端用户可体验比其他采用共享TT系统的集线器控制器提高100%的全速数据吞吐能力。

　　USBULPI收发器系列

　　高速USBULPI收发器的USB331x系列产品包括USB3311、USB3315、USB3316、USB3317、USB3318和USB3319，非常适合那些电路板空间和功耗非常关键的便携式应用，例如移动电话或个人媒体播放器。

USB331x收发器系列产品通过提供封装尺寸小至3x3mm的解决方案，比以前解决方案节省了占板空间。

　　USB331x收发器系列产品采用高性能“无封包（wrapperless）”ULPI设计，可容易地集成到SoC参考设计中。

与之前推出的SMSC器件相比，USB331x可在确保性能的同时，降低高达40%的工作电流和高达80%的待机电流。

这对电池供电的便携式设备非常关键。

采用SMSC的flexPWR™技术，该收发器具有从1.8V至3.3V的I/O电压范围，可满足消费电子应用不断变化的需求。

USB331x收发器系列产品集成了USB开关、线性稳压器和增强的ESD保护电路功能，可减小尺寸并降低功耗，而不影响性能，也可降低产品的BOM元件数和PCB板面积。

　　质量提高

　　随着高速USB的发展，小型尺寸应用中需要的USB连接产品的开发需求也在日益增长。

这些尺寸减小的设计通常需要扩大的温度范围，以满足系统设计的要求。

SMSC的USB251x和USB331x器件符合-40°C至85°C的工业温度范围，有助于改善许多小尺寸嵌入式和便携式应用所需的热特性。

　　USB集线器控制器和收发器通常可为一个系统提供外部连接。

这样，这些控制器对保护USB子系统免受ESD干扰至关重要。

SMSC产品系列中的每款产品都内置了增强型ESD保护电路。

这些新型的SMSC器件具有对从2kV工业标准至8kV人体模型（HBM）ESD事件的保护能力，同时这些器件也通过了IEC8kV接触放电和15kV空气放电测试。

　　Bode先生补充道：

“SMSC通过集成强大和成本及尺寸敏感的ESD保护，为SoC提供了额外的保护，在USB领域保持了领先地位。

”

　　定价和供货情况

　　USB251x系列产品和USB331x系列产品均已提供样品。

两个产品系列1万件起订，USB251x系列产品单价范围为1.60至4.20美元；USB331x系列产品单价范围为0.80至0.90美元。

USB集线器（Hub）控制器芯片USB2514的介绍及应用

通用串行总线（UniversalSerialBus，USB）是一种快速、双向、同步、可动态监测的串行接口，广泛应用于个人电脑的外设连接。

USB支持实时声音、音频数据和视频数据传输。

而目前USBHUB（通用串行总线集线器）包含USBHUB和功能元件的USB设备不断涌现。

因此要求在USB主机和复杂外围设备之间有一种高性能、高速的数据传输。

SMSC的USB251x系列USB2.0集线器控制器具有多功能、高性价比和低功耗等特点。

该集线器控制器采用创新的MultiTRAK技术，能够在混合速度的USB环境中提供行业领先的数据吞吐量，适用于为那些要求低功耗、小体积、高性能的应用提供USB端口扩展。

SMSCUSB解決方案─USB251X系列

公司簡介:

SMSC是一個多重訊息混合半導體解決方案之提供者，在美國納斯達克公開上市掛牌的一家公司。

SMSC所橫跨的市場領域有三大部份:

1.消費電子和娛樂性產品。

2.行動通訊與桌上型電腦產品3.工業用產品等相關領域。

SMSC的總部設在美國紐約市，在亞洲與歐洲各地共有11個分公司，全球的員工共有800人，其中有300人是從事IC設計的研發專業人員，平均每年的營業額高達354MUSD。

產品介紹

SMSCUSB解決方案應用於各產品領域

友尚代理之前的USB2504系列即將後來的USB2514系列逐漸取代

友尚公司提供之USBHUB產品，主要以1對4USB插槽之SOLUTION，2504與2514的大小可從以下產品圖比較得知。

但這兩種產品的最大的特色在於可使所需的功率耗損可降低40%，產品的體積小50%，還有可提供更多重的選擇。

產品特色:

1.更靈活的接頭組合，可容易控制嵌入於非可動式的設備上，亦可選備。

可依設備上列舉串聯的優先次序，控制USB的波長分配。

2.可結合USB的訊號線直接連到連接器，很容易依主機板的需求來佈局。

3.可提供USBHOST/Device速度指標。

經由LEDDRIVER，可指出USBHost和設備連接的傳輸速度。

（高速達480Mbps），（全速達12Mbps），（低速達1.5Mpbs）

4.可安排USB的訊號驅動強度，可依系統/環境的狀況，使用4種層次的驅動強度解決方案，以覆蓋原本的USB訊號。

5.從24/48MHZ或24MHZ晶體，可自動針測外部CLOCK來源。

　　2USB2514i简介

　　USB2514i是USB25lxi-temp系列中的一款，具有1个USB上行端口、4个USB下行端口的工业级USB2.0HUB器件，每个下行端口最大工作电流可为500mA，最高速率为480Mb／s，并在全速USB1.1（传输速率为12Mb／s）和低速USB1.0（传输速率为1.5Mb／s）的基础上提出第三种高速传输速率。

USB2.0完全兼容USB1.1和USB1.0。

USBHUB支持多个不同属性的USB外部设备，分层星形拓扑结构支持多达127个外部设备，为USB用户提供方便、简捷的连接方式。

同时USB2514i也支持热插拔，即在不关机的情况下用户可直接插入或拔出设备。

　　USB2514i的主要特性如下：

4个下行端口；4个高性能的事务转换器；36引脚QFN和48引脚QFN封装；与USB2513i和USB2512i（36引脚QFN）的封装相兼容；支持工业级的温度范围-40℃～85℃：

MultiTRAK-每端口传输转译器，可在混合速度USB环境中提供最佳数据吞吐量；较低的工作电压（5V）；片上通电复位；集成1.8V电压调节器；完全集成USB终端和上拉／下拉电阻；板上24MHz晶体振荡器驱动器或外部24MHz时钟输入；USB主机／设备速度指示器，每个端口具有3种颜色的发光二极管驱动器指示USB主机／设备的连接速度；其中，高速（480Mb／s），全速（12Mb／s），低速（1.5Mb／s）（48引脚QFN封装）；增强型EMI抑制和ESD保护。

　　3USB2514i内部结构

　　USB2514i的内部结构框图如图1所示，包括转发器（HUBRepeater）、控制器（HUBController）和处理翻译器（TransactionTranslator，TT）。

USB2514i工作在信号传输、重新启动和等待3种状态，支持高速、全速和低速3种传输速率。

其传输速率取决于面向主机的上行端口系统的连接状态和面向USB设备的HUB下行端口外围设备的传输状态。

当HUB上行端口连接高速系统时，HUB必须工作在高速状态；当HUB的上行端口连接全速系统时，HUB必须工作在全速状态。

HUBRepeater负责HUB上行端口和HUB下行端口工作在同一传输速率的连通性。

HUBRepeater必须有1个端口连接至上行端口，并有1个或多个端口连接至下行端口。

HUBController提供主机到HUB的状态和控制。

当HUB工作在高速传输状态而同时又有全速或低速的外围设备与HUB相连时，处理翻译器则把高速信号分类处理并将其翻译成全速或低速处理信号。

当一个外围没备与HUB的下行端口相连时，工作速率决定其路由逻辑是连接至HUB转发器还是HUB处理翻泽器。

　　SIE主要负责物理层和协议层的协议解析，控制器主要负责设备层的协议解析，缓冲区是SIE和控制器之间通信的桥梁，SIE把接收到的数据包存放在缓冲区中供控制器读取，控制器把需要发送的数据存放在缓冲区中供SIE读取。

　　SIE模块的主要功能包括：

包的解析与组织，PID检测、产生，CRC校验码的识别、产生，地址检测，数据的串／并、并／串转换，比特填充、提取，NRZI编、*，时钟与数据的分离等。

在SIE中存在多个异步的时钟区域，典型的SIE都包含如下时钟区域：

主机的12MHz时钟，即从接收到的数据流中提取的数据时钟。

本地48MHz全局时钟和本地12MHz发送时钟（由48MHz全局时钟4分频得到）。

SIE与其他模块的接口时钟，主要是SIE与控制器之间关于缓冲区和接口寄存器的读写握手信号。

　　其时钟区域最难实现同步的是本地时钟和主机时钟。

本地时钟和主机时钟是由两个不同的晶体振荡器产生，它们之间可能存在±0.25的误差，所以SIE必须采用适当的方法实现位同步。

一个典型的位同步方法就是采用一种特定结构的数字锁相环（PLL）。

　　4USB2514i的应用电路

　　4.1应用电路

　　图2所示为USB2514i的应用电路。

其电路外部供电电压为5V是由PQlL333M2SP转换为3.3V提供。

4个USB下行端口的供电引脚分别经过两片MIC20261BM，其内部具有限流保护电路，当电路由于短路等原因导致电流过大时，MIC20261BM能够自动切断USB下行端口的供电引脚，从而有效保护设备和负载。

通过设置USB下行端口的数据引脚（D+、D-）是否上拉可以控制USB下行端口是否使能。

　　4.2PCB设计

　　在PCB设计中，应着重考虑如何提高USB2.0信号的传输质量，减小电磁干扰（EMI）和静电干扰（ESD）。

在电路设计中，为了减小高频干扰，提高速信号的传输质量，在数字电源和数字地之间应尽可能多放置去耦电容；在靠近USB2.0处多放置旁路电容，如果使用表面贴电容，则应尽可能扩大焊接点。

在PCB设计中，首先限定USB2.0的2条差分对信号线D+／D-以及高速时钟线的长度，使布线最短；保持D+／D-2条信号线相同，且始终平行；尽可能增大每对儿信号线间和每对儿信号线与其他信号线间的距离．2条差分对信号线D+／D-、高速时钟线的距离越远越好；在可能的情况下，将USB2.0信号线布在靠近共地层；不要将USB布线在晶体振荡器、时钟和磁性设备或IC的下面；在只能用90°转角布线时，可利用2个45°转角代替1个90°转角。

除了普遍的PC端应用以外，目前USB也逐渐走向嵌入式市场，比如说手机、PMP、PDA、打印机、视讯转换盒、电视盒、家用型NAS服务器等等，由于这一类应用中，通常硬件本身都内建了某种规模的操作系统，因此也具备了程度不等的独立作业能力，在这些装置上的USB架构，除了一般作为与PC平台作为连结之用以外，也具备了USB主控端功能，也就是我们常说的USBOTG。

目前普通的USB控制芯片已经非常的廉价，每家厂商都以冲量为主，单一芯片的利润非常微薄，少数具备较高阶应用的芯片产品，如具备高阶制程或者是OTG应用的架构，方有较高的利润。

面对多如过江之鲫的应用。

PC主机上内建的USB连接埠相对显得捉襟见肘，常常面临不够用的状况，因此一般来说，大多会以利用USBHUB的方式来进行扩充，因此USBHUB也就成了市面上最为普遍的USB装置之一。

不过以HUB的方式扩充，是采用串行单一连接埠的分享方式，因此不仅频宽会被分享，连USB连接埠上的供电也会面临同样的状况，因此USBHUB大多也会设计独立的供电方式，以因应具备较大电源需求的周边。

而采用不同的控制芯片的产品，在校能与稳定度表现上也可能会有所不同，

而在建置一整套单芯片USBOTG控制器时，设计者更必须考虑要支持哪些接口，由于支持的接口必须兼容于现今市面上大多数主控端CPU。

例如具备支持直接内存存取（DMA）的原生CPU接口，就能藉此支持大多数ARM、MIPS、以及各种精简指令集（RISC）处理器。

某些主控端CPU厂商也会针对这些USBOTG控制器推出参考设计方案。

至于包括照相手机在内的可携式行动装置，其储存容量不断的增加，因此USB所需传输的流量亦随之不断成长，依此趋势，USBOTG控制芯片不但要求更快，为了行动便利性，也必需要具备更低的功耗表现。

在基于PC的系统中，USB作业一般需要三种组件，分别是通常作为PCI总线子系统的主机控制器、USB堆栈以及USB类驱动器。

主机控制器是整合主板芯片组的一部分，USB堆栈则包含主板芯片及通用主机控制器接口（UCHI）和开放主机控制器接口（OHCI）驱动程序以及USB驱动程序（u