【选型】如何选择正确的USB桥接设备简化USB连接

时间： 2019-09-02 来源：Silicon Labs

代理服务

技术支持

采购服务

【摘要】通用串行总线（USB）接口是目前业界中最成功的通信标准之一。它已经成为需要连接到主机设备的许多工业和消费应用的标准通信接口。USB的极端易用性和稳健性使其成为许多嵌入式应用的理想接口选择。那么如何以简易的方法将USB添加到任何嵌入式解决方案中，从而为设计师提供更快的上市时间？

USB设计挑战
对于嵌入式设计人员来说，USB的安装需要专门的USB协议知识，以及耗时的软件和固件开发工作。通常，这些嵌入式应用的设计者需要提供高度有效的终端解决方案。实现这一点的最简单的方法是将USB功能与其他外设和存储器一起集成在微控制器（MCU）中。许多MCU供应商提供基于USB的微控制器；然而，它们可能不提供应用所需的外设，因此需要外部组件，并增加了设计复杂性。

虽然有商用的USB软件堆栈；然而，它们需要额外的成本和学习。开发人员经常不得不花费大量时间学习USB协议并开发USB协议栈，从而增加开发成本和时间。

另一个关于USB设计的艰巨挑战是，最终的产品必须与几个常见的操作系统（OS）兼容，并不断的适应操作系统更新。开发人员还必须将USB硬件成本降至最低，以提供具有成本效益的最终产品。许多USB IC需要外部组件，例如终端电阻或精密振荡器来提供USB功能。具有先进软件和工具支持的高度集成USB解决方案是简化USB设计的基石。

USB连接的统包方案
统包USB解决方案，如SILICON LABS的USBXpress桥接器件，以高集成度去除了对复杂的固件和驱动程序开发的需求。具有高级工具支持的USB设备还可以减少开发时间，进一步简化USB连接。高度集成的USB桥接器件可以添加到几乎任何基于MCU的解决方案，以消除固件复杂性和减少开发时间。这些器件通过使用标准UART，SPI或I²C接口（可在大多数MCU上轻松获得）桥接到USB的世界。

当开发人员使用USB通信升级传统系统时，桥接器件特别有用。大多数传统设计具有与主机系统通信的特定方式，在许多情况下通过UART或I²C接口。在这种情况下，USB到UART或USB到I²C桥接器件是最好的选择。

图1：典型的USB到UART桥接

为你的应用选择正确的USB桥接
嵌入式设计人员在选择USB桥接器件时需考虑多种因素，以确保无缝集成USB。

首先，最小化硬件设计成本是很重要的，这可能影响预算的分配。大多数USB桥接器或MCU需要外部组件，例如用于USB功能的晶体振荡器或端接电阻器。选择高度集成的桥接器件可以消除对外部组件的需要，从而减少硬件设计时间和成本。对于全速功能，USB设备需要48MHz时钟输入。选择具有可生成48MHz时钟的内部时钟的USB器件，消除了对外部晶振的需求。

另一个重要的特性是时钟恢复电路。USB规范要求内部时钟高度准确。然而，通常情况下，内部振荡器的频率精度是可以变化的。时钟恢复电路使用输入的USB数据流来调节内部振荡器，并允许内部振荡器满足USB时钟容差的要求。使用这种新颖的时钟恢复系统的器件通过消除对外部晶体振荡器的需要降低了成本。

将USB添加到嵌入式应用程序的一个主要优点是能够为设备供电。当USB设备在连接到主机时由总线供电时，电池供电的设备可以最大限度地延长电池寿命。这需要低压差（LDO）或稳压器将电压从5V（主机）降至3.3V。还必须使用带有集成收发器和片内匹配和上拉电阻的USB功能控制器。用于合适的USB线路终端的终端电阻器和用于直接USB连接的5V稳压器的集成进一步减小了印刷电路板（PCB）的尺寸。

图2：使用集成USB桥接消除了外部晶振，稳压器和内存

此外，提供GPIO控制能力和时钟输出功能的USB桥接器增加了设计的灵活性并缩短了开发时间。在桥接器件中需要考虑的另一个有吸引力的特性是支持多种波特率以适应各种应用的灵活性。

一些现代USB桥接器件还提供高级功能，以进一步节省PCB面积。例如，Silicon Labs的CP2102N器件包括一个集成的电池充电器检测功能，用于检测所连接的充电器的类型以及远程唤醒功能以唤醒挂起的主机。片上包含这样的高级特性不仅增强了嵌入式设计的灵活性，而且节省了整体系统成本。

最后，设计人员必须最小化USB空间，以满足对空间敏感的便携式应用的外形和人体工程学要求。此外，一些传统应用程序可能需要保持相同的物理尺寸，同时升级应用程序以囊括USB连接。选择提供小封装变量的USB桥接器可以减少PCB占用空间，并使设计人员能够将解决方案挤入比RS-232连接器小的空间，从而克服这一限制。

图3：小型PCB中3 mm x 3 mm 的USB桥接IC和完整方案

那么在USB设计中除了选择正确的USB桥接有什么关键因素？且听下回分解~

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 4
| 转发至：

本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！

全部评论（4）

Panda Lv8. 研究员 2019-08-16

学习下
艾格 Lv4. 资深工程师 2018-11-14

学习
朱良涛 Lv6. 高级专家 2017-12-07

学习了
chaim Lv5. 技术专家 2017-02-24

毫无疑问cp2102，cp2104是目前常用桥接芯片中最好的，pl2303，ch34x，便宜不好用

没有更多评论了

【选型】Silicon Labs USB桥接芯片可替换HT42B564，封装3x3mm且不用外挂晶体

市场上有很多USB TO UART的IC，由于性能的不稳定导致程序时常下载失败，推荐Silicon Labs的USB桥接芯片CP2102N-A02，此款芯片性能稳定，工作电压范围宽，系统兼容性好，可替换HT42B564。

2021-09-24 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

【选型】便携式医疗设备的USB桥接芯片选型推荐，芯科提供高集成度、交钥匙式解决方案

在很多便携医疗设备中需要使用USB接口，方便数据的传输。为了在小尺寸上实现USB的设计弹性，CP21xx系列产品使用创新且经过验证的架构，无需昂贵又复杂的外部晶体、内部或外部EEPROM以及其他的分立器件。另外Silicon Labs 还推出集成USB功能的EFM8UBXX系列的MCU，带集成收发器和芯片时钟恢复的板载通用串行总线 (USB) 2.0 控制器。

2019-12-19 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

【经验】USB转UART桥接芯片CP2102与CP2110的编程区别

Silicon Labs的CP21XX系列芯片是USB转UART功能的桥接芯片，这个系列的芯片可实现即插即用接口解决方案，可方便的实现产品的USB通信功能，芯片内部集成有振荡器，封装最小只有4mm*4mm，同时内部有可编程存储器，可以极大的降低产品的成本，简化产品设计并缩短产品的开发时间。CP21XX系列的主要有CP2102及CP2110两个产品，本文介绍这两个产品的编程区别。

2019-12-27 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

【经验】单芯片USB转UART桥接器CP2105用于USB转双路485协议的操作步骤

CP2105是Silicon Labs的一款方便、高性价比的单芯片USB转UART桥接器，其实CP2105不仅仅只支持串口，CP2105还支持USB转485/232。本文主要针对CP2105的USB转485的相关操作进行介绍，让各位读者熟悉整个配置过程。

2019-09-25 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

【应用】工作电流低至9.5mA的USB桥接芯片用于4G通讯棒设计，3×3mm的小尺寸封装可减少PCB面积

逆变器端，通信棒为USB接口，即插即用，将相关数据通过芯科CP2102N-A02-GQFN28桥接芯片与MCU进行通信，处理后的数据通过4G模块与后台EMS管理系统进行通讯，后台进行统一处理。本文着重介绍芯科USB桥接芯片在4G通讯棒的应用。

2023-03-28 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【产品】低成本USB桥接芯片,即连即用的接口管家-Silicon labs CP2104，CP2105，CP2110

Silicon labs CP21xx USB桥接系列产品共有四种USB转串口的解决方案：包括USB转UART接口芯片CP2104、USB转双UART接口芯片CP2105、HID-USB转UART接口芯片CP2110和HID-USB转SMBus及I2C接口芯片CP2112。该系列芯片能够广泛应用于个人医疗设备、手机、智能卡和存储卡阅读器、无线调制解调器等系统中。

2016-02-17 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【成功案例】USB桥接芯片CP2102N实现单节锂/锂聚合物电池充电管理芯片SGM4056的充电器识别功能

SGM4056是SGMICRO的一款简单可靠的单节锂/锂聚合物电池充电管理芯片，内置了符合锂离子电池充电要求的CC/CV充电程序，具有完善的保护功能，。一般的USB接口只能提供5V/500mA的电源，而电源适配器则可以提供1A以上的输出，为了兼顾安全充电和快速充电，充电器识别是非常必要的。本文将详细介绍如何使用CP2102N让SGM4056具有充电识别功能的方法。

2018-09-27 - 设计经验

【应用】芯科工作电流低至9.5 mA的USB桥接芯片CP2102N-A02-GQFN28用于激光水平尺，具有高集成度

激光水平尺的硬件电路部分一般由MCU、电源管理、锂电池、显示屏、激光收发器、USB桥接芯片等组成。今天主要讲讲USB桥接芯片，推荐一款芯科的USB桥接芯片，型号为CP2102N-A02-GQFN28，工作电流低至9.5 mA，非常适合用在锂电池供电的激光水平尺。

2023-03-17 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【应用】USB桥接芯片CP2105评估套件用户指南——软件与硬件基础

Silicon Labs 同时提供软件和硬件开发工具，利用其 8 位和 32 位微控制器、音频、时钟和振荡器、接口、隔离、电源、传感器、USB ToolStick、无线和射频以及 Zigbee 设备，为设计人员提供支持。评估板一般用来作为开发者使用的学习板、实验板，可以作为应用目标板出来之前的软件测试、硬件调试的电路板。本应用方案将介绍CP2105套件内容、相关文件介绍、软件安装。

2019-04-04 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

Silicon Labs（芯科科技） CP2105 单芯片USB转UART桥接器数据手册（英文）-CP2105

描述- Silicon Labs（芯科科技） CP2105 单芯片USB转UART桥接器数据手册（英文）-CP2105,CP2105,silabs CP2105,CP2105数据手册,CP2105 datasheet,CP2105规格书,CP2105手册,CP2105技术资料,CP2105资料,CP2105方案,CP2105供应,CP2105库存,CP2105价格,单芯片USB转UART桥接器,UART桥接器,MCU

型号- CP2105,CP210X,CP2105-F01-GMR,CP2105-F01-GM

2013年11月01日 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 1.1 代理服务技术支持采购服务