摘要：在介绍USBOTG的基础上，着重介绍Maxim公司的MAX3301E型USBOTG电路的特点、内部结构和工作原理。关键词： OTG；DRD；HNP；SRP；A-Device；B-Device；ESD1 引言随着USB2.0版本的发布，USB越来越流行，已经成为一种标准接口。现在，USB支持三 种传输速率：低速(1.5Mb/s)、全速(12Mb/s)和高速(480Mb/s),四种传输类型：块传输、同 步传输、中断传输和控制传输o USB应用灵活方便，能满足多种外设的需要。随着个人便携 式电子产品的增长和嵌入式技术的飞速发展，USB主机已不再局限于单纯的PC,可以是含有 USB主控器的任何设备，如PDA、MP3播放器等。在USB2.O规范中也增加了 USB嵌入式设备 的标准On-The-Go(OTG),它使外设可以在主机和设备之间相互切换，即当其连接至PC 时，它是1个USB设备，而与其他USB设备相连接时，它便作为USB主机。2 USB OTG2.1 USB OTG 简介DSBOTG是USB2.O版本的补充，并不是独立的标准，它保留了USB2.0的所有特点。OTG 使2个USB外设在脱离PC的情况下可以直接通信。为了实现这种功能，在OTG中有一个新 的概念双功能设备(DRD： Dual-RoleDevice)。1个DRD能满足下列特征：具有一定的USB主机能力和提供1个外设列表；作为外设时能够实现全速操作(或高速操作)；作为主控机时能支持全速操作(低速或高速)支持主机协商协议(HNP)和会话请求协议(SRP)；仅有 1 个微型 AB 连接端口；能够向电源总线提供不小于8mA的电流。要实现主机功能，主机必须存储大量的设备驱动程序，并且向电源总线提供一定的电流。 对于嵌入式USB主机来说,提供大量的设备驱动程序是不现实的也没有必要,1个嵌入式USB 主机只需支持部分特定设备，这些设备就是它的外设列表。2.2主机协商协议(HNP)在USB标准中，主机采用A型接口，称为A类设备(A-Device)；外设采用B型接口，称 为B类设备(B-Device)。1个DRD既可以作为主机，也可以作为外设。那么，当2个DRD互 连时，哪个设备作为主机，为什么要作为主机?为了解决这两个问题，在OTG中提出了新的 协议一一主机协商协议(HNP)。在OTG中还定义了一种新的接口一一微型AB插座(mini-ABreceptaele)以及微型 A 插头(mi-ni-Aplug)和微型 B 插头(mini-Bplug)。在微型 AB插座、微型A插头和微型B插头中增加了 1个引脚一一ID引脚，如图l所示。AA*DeviceDeviceHost end图1微型AB插建的结构在微型A插头中，ID引脚接地，在微型B插头中，ID引脚悬空。在0TG中，如果设备 的ID引脚接地(即mini-A插头连接的设备，如图l右侧的设备)，则此设备默认为主机，否 则为外设。同时，在设备连接使用过程中，通过主机协商协议，允许主机和外设功能互换。 例如，假设图1左边的B-Device为1个手持PDA，右边的A-Device为1个打印机。由于连 接线的关系，打印机初始化为主机。但是打印机的驱动程序存在PDA中，这时需要PDA作为 主机，打印机作为外设。通过HNP可以方便实现此功能，而不必拔下连接线调换插头方向， 重新连接打印机和PDA。2.3会话请求协议(SRP)OTG收发器一般用在嵌入式设备中，这类设备普遍采用电池供电，对功耗要求很严。为 了节省电源，在OTG标准中，当电源总线没有使用时，允许A类设备挂起电源总线。当1 个B类设备要工作时，它必须通过某种方法通知A类设备向电源总线供电。为了实现这一功 能，在OTG中提出了会话请求协议(SRP)。在OTG中，1个会话定义为A类设备向电源总线 VBUS有效供电的时间。需要注意的是，在OTG中电源一直都是由A类设备(连接mini-Aplug 的DRD)提供的。由于主机协商协议，A类设备也可能作为外设使用，此时，电源也必须由A 类设备提供。当A类设备挂起VBUS后，B类设备进入休眠状态。当B类设备需要再次工作 时，它可以通过向数据线发送1个脉冲信号(Data-linePulsing)或向电源总线发送一个脉冲 信号(VBUSPulsing)来请求A类设备向电源总线供电0TG要求无论是DRD设备还是普通的B 类设备，都必须具有发送会话请求的功能；同时，普通的A类设备或者DRD设备都必须能够 响应 1 个会话请求。3 MAX3301E的特点及工作原理3.1 MAX3301E 的特点目前，很多公司都推出了各自的OTG电路，如Cypress公司的SL8llHS、Philips公司 的ISPll61、ISPl362等。下面主要介绍Maxim公司生产的MAX3301E。MAX3301E是完全集成的USBOn-The-Go(OTG)收发器与电荷泵，不需要PC主机就可以实 现移动设备(如PDA、蜂窝电话与数码相机等)之间及与USB外设的连接。使用MAX3301E的 嵌入USB主机可以直接与打印机或外部硬件驱动器等设备连接。MAX3301E集成了 USBOTG收发器、VBUS电荷泵、线性稳压器及与I2C总线兼容的2线串 行接口。内部电平转换器使MAX3301E可以与+1.65V+3.6V逻辑接口。MAX3301E中OTG兼容 的电荷泵可以在+3V+4.5V输入电压下工作，输出电流大于8mA时，可以在VBUS上提供OTG 兼容的输出。MAX3301E使那些无法提供或容许USBOTG要求的+5VVBUS电平的高集成度数字设备能够 实现USBOTG通信。利用内部比较器控制、测量VBUS，MAX3301E支持USB0TG会话请求协议 (SRP)和主机协商协议(HNP)。MAX3301E 内部为 VBUS、ID_IN、D+和 D-引脚提供了 15kV 静电放电(ESD)保护MAX3301E 采用5mmx5mm芯片级(UCSP)和32引脚薄型QFN封装(5mmx5mmx0.8mm),工作温度范围为 -40C+85C。3.2 MAX3301E 的内部结构和工作原理图2示出MAX3301E的内部结构框图，主要由下列模块组成：ID检测器、电荷泵、VBUS 比较器、线性稳压器、上拉/下拉电阻器、CARKIT中断检测器、收发器、串行控制模块和电 源模块。1巾鹑比龜器上轻/下扯电甩CAR IITffl 2 MAX3S0JE的内部绡构挺图D-m 3 MAX3丸nE的数据竣上拉和下拉电fll器连接iskn】呵iswnUSB 收发專众所周知，在普通的USB外设电路中，通过1个连接在D+或者D-的上拉电阻器（通常为 15kQ ）来告知主机1个外设的接入和指示需要的操作速度一一如果上拉电阻器连接在D+上, 表示全速操作；连接在D-上，则表示低速操作。在USB主控电路或集线器电路中，通过连 接在D+和D-上的下拉电阻器（通常为15kQ ）表示该电路为USB主控电路或集线器电路。从 图3中可以看到，在MAX3301E数据线D+和D-上都设计了上拉和下拉电阻器转换开关，这样 就可实现外设和主机功能之间的转换，同时也可实现全速或低速操作选择。如图4所示，当MAX3301E作为A-Device时，电荷泵向3.3V稳压器和VBUS提供电源（5V， 8mA）；当MAX3301E作为B-Device时，稳压器的电源也可以设置为由VBUS提供。VBUS比较 器负责监控VBUS上的电压，右边的电阻器转换开关VBUS提供脉冲信号。图4 MAX3301E的电源电路4 典型应用电路图5所示是MAX3301E的典型应用电路。VlYuzASKDAT-VP SBO-VMVccVaisrl工RCVVPHAX3301E阳丹TD-TnTD_!NflESETSUSC+SDAc亠SCLADD GSDTEIMVMVbusD*OTG-J-CFLUNCTOJpF5 MAX33O1E的典熨应用电路图中，VCC是MAX3301E的工作电压，范围为+3.3V +4.5V。VL是系统侧逻辑电源输入,连接到系统的逻辑电平，范围为+1.65V+3.6V。此电平设置逻辑输出的最大电平和逻辑输入的门限。VBUS、D+、D-、ID_IN、GND组成USBOTG的连接口，需要注意的是，根据USBOTG的规 定，VBUS总线上所有的滤波电容之和必须限定在1p F6.5p F。SPD是速度选择器输入。将SPD连接至GND选择低数据速率(1.5Mb/s)。将SPD连接至 VL则选择全速数据速率(12Mb/s)。同时也可以修改MAX3301E内部的寄存器，关闭SPD的功 能。SPD被关闭后，DAT_VP/SEO_VM的速率将由相应的寄存器值给定。OE/INT控制DAT_VP/SE0_VM和D+/D-的输入或输出状态。当OE/INT为逻辑0时，设备 为发送模式，待发送的数据由DAT_VP/SE0_VM进入MAX3301E，然后通过D+/D-发送出去。当OE/INT为逻辑1时,设备处于接收模式，MAX3301E从D+/D-接收数据，然后再通过DAT_VP/SEO_VM传送给控制器。在挂起模式下(SUS=“1”)，可以控制OE/INT使其成为中断输出，它检测的中断源与INT相同。5 结束语随着USB的发展，USB接口已经成为各种电子产品的标准接口。传统的PC到外设的USB 通信方式已经不能满足人们的需要，迫切需要脱离PC的控制，直接实现设备之间的USB连 接。由于这种需要，OTG标准应运而产生。随着各大器件和设备制造商对OTG的支持，目前 各种具有OTG功能的收发器和电子产品已经走向市场。比如PDA可以通过USB接口连接手机 实现无线上网。数码相机或数码伴侣可以通过USB接口直接控制打印机打印照片。如果在野 外拍摄，数码相机也可以通过USB接口连接手机实现无线上网，把照片发进到电脑或者其他 服务器上。