USB Hub通常由以下几部分组成:
作用:是USB Hub的核心部分,负责管理和协调Hub与主机以及连接到Hub上的各个设备之间的通信。它能够解析主机发送的各种命令和数据,控制数据在不同端口之间的传输路径,实现数据的正确路由和分配。同时,还能监测各个端口的状态,如设备的插入、拔出、数据传输情况等,并根据这些状态进行相应的处理。
举例:常见的如微控制器(MCU)或专用的USB Hub控制器芯片,像德州仪器(TI)的TUSB4041等,都可以作为USB Hub的控制器,实现对Hub功能的全面控制。
作用:是USB设备连接到USB Hub的接口,分为上行端口和下行端口。上行端口用于将USB Hub连接到主机或上级Hub,接收来自主机的命令和数据,并将Hub及连接设备的状态信息反馈给主机。下行端口则用于连接各种USB设备,为这些设备提供电源和数据传输通道,使设备能够与主机进行通信。
举例:常见的USB Hub一般有多个下行端口,如4口、7口或更多,这些端口通常采用标准的USB Type-A或Type-C接口形式,以适应不同类型的USB设备连接。
作用:为USB Hub及其连接的设备提供稳定的电源。它能够从主机或外部电源获取电能,并进行电压转换、电流分配等处理,确保每个端口都能为连接的设备提供合适的电源。同时,还具备过流保护、过压保护等功能,当出现异常情况时,如某个端口连接的设备功率过大导致电流过载,电源管理电路会自动切断该端口的电源,以保护Hub和设备不受损坏。
举例:电源管理电路通常包含电源芯片、电感、电容、二极管等元件。例如,采用德州仪器的TPS5430等电源管理芯片,可以实现高效的电源转换和管理功能。
作用:在数据传输过程中起到临时存储和缓冲的作用。由于USB设备的数据传输速率可能不同,以及主机与设备之间的数据交互存在时间差异,数据缓冲器可以在不同速率的设备之间进行数据缓存和匹配,避免数据丢失或传输错误。它可以将主机发送的数据暂存起来,然后按照连接设备能够接收的速率进行发送,反之亦然,确保数据传输的稳定性和可靠性。
举例:常见的FIFO(First In First Out)缓冲器常被用于USB Hub的数据缓冲,如IDT公司的72V3630等FIFO芯片,可以实现高速的数据缓存和传输匹配。
作用:实现USB Hub的各种逻辑功能,如端口状态检测、设备枚举、数据传输控制等。它能够根据控制器的指令和端口的状态信息,产生相应的控制信号,控制数据缓冲器、电源管理电路等其他模块的工作,协调各个模块之间的协同工作,确保USB Hub的正常运行。
举例:逻辑电路通常由各种逻辑门、触发器、计数器等数字电路元件组成,通过可编程逻辑器件(PLD)或专用集成电路(ASIC)来实现。例如,采用Altera公司的Cyclone系列FPGA可以设计实现复杂的USB Hub逻辑电路功能。
作用:由于USB信号在传输过程中会受到噪声、干扰等因素的影响,导致信号质量下降。信号整形与放大电路可以对输入的USB信号进行滤波、放大、整形等处理,恢复信号的完整性和准确性,确保信号能够在Hub内部以及与连接设备之间进行可靠的传输,减少信号传输错误和误码率。
举例:信号整形与放大电路通常包含运算放大器、滤波器、驱动器等元件。例如,采用Maxim公司的MAX3421E等USB收发器芯片,可实现信号的整形与放大功能,提高USB信号的传输质量。
作用:用于实现USB Hub与外部设备的物理连接和电气匹配。它包括USB接口的机械结构、电气连接线路以及相关的保护电路等。接口电路能够确保USB设备与Hub之间的连接稳定可靠,实现信号的正确传输和电源的有效供应,同时还能提供静电保护、过压保护等功能,防止外部电气干扰对Hub和设备造成损坏。
举例:常见的USB接口电路采用标准的USB插座和相关的连接线路,以及用于静电保护的TVS二极管、用于过压保护的压敏电阻等元件。例如,采用立讯精密的USB Type-C插座和配套的保护电路元件,可以组成可靠的USB接口电路。