【应用】Silicon Labs高性能USB桥接器：通过传统串行连接即可为产品添加USB连接，大大降低生产成本

时间： 2018-11-22 来源：Silicon Labs

技术问答

USB简化了消费者控制外围设备和传输数据的方式，取代了许多传统的串行连接（即RS-232,485），在工业和商业应用中取得了巨大成功。它凭借其易用性，即插即用功能和增强的稳健性，正成为支持新应用程序连接的首选界面。但是，对于嵌入式解决方案设计人员而言，开发USB需要USB协议的专业知识，详尽的软件开发，专门的调试工具和大量的设计时间。此外，基于USB的微控制器需要外部组件（如晶体振荡器和终端电阻）来提供USB功能，增加了硬件设计成本，而且无法提供应用所需的正确外设集，从而导致增加了产品设计的复杂性；同时，基于USB的微控制器内有配备完全测试的兼容性驱动程序，不能支持大多数操作系统本机支持的USB定义类。

本文讨论了为任何基于嵌入式微控制器的解决方案添加USB连接的无痛且经济的方法。这种方法不需要USB专业知识或固件开发，因此设计人员可以集中时间和资源来创新和区分他们的应用程序。SILICON LABS的CP21xx USB桥接器就是此类解决方案的绝佳示例。让我们分析这些USB桥接器带来的好处，以及消除设计复杂性和降低实施成本的方法。

图1：USB转UART桥接器的典型实例

CP21xx USB桥接器系列是一种高度集成的解决方案，可将USB连接添加到几乎任何基于微控制器的解决方案中。这些器件通过使用大多数微控制器常用的标准UART或I²C接口，为USB提供了桥梁。

为了简化设计并降低成本，CP21xx USB桥接器集成了与USB和串行接口连接所需的硬件和软件。CP21xx产品采用新颖的时钟恢复系统，无需外部晶体振荡器，可降低成本。通过集成完整的USB收发器，可以进一步节省成本，该收发器旨在消除对外部终端电阻的需求。出于定制目的，系统内编程存储器可以完全自定义许多USB参数，例如供应商ID，产品ID，产品描述等。USB桥接器还提供GPIO控制功能，时钟输出功能和可用于为外部组件供电的稳压器。这些功能可通过消除额外的外部组件进一步降低成本。

Silicon Labs的CP21xx USB转UART桥接器的另一个吸引人的特性是可灵活支持多种波特率，以适应各种应用。这些USB桥由软件生态系统提供支持，从免版税驱动程序到API库，从而提供完整的解决方案。为了进一步简化和增强设计人员的即插即用功能，我们还创新的提供了完全兼容的USB-HID桥接器。这些独特的设备完全支持大多数操作系统本机支持的USB-HID类(例如鼠标，键盘，扫描枪等等)，因此无需安装驱动程序。USB-HID类预定义了允许硬件制造商根据USB-HID类规范设计产品的功能，并期望它可以与任何符合这些规范的软件一起使用。

为了使解决方案保持小巧且符合人体工程学， CP21xx USB桥接器通过使用QFN节省空间的封装减少了PCB占用面积，使设计人员能够将解决方案压缩到比RS-232连接器更小的空间。

图2：在一块很小的PCB上实现的一个基于CP21xx USB桥接器的完整解决方案

总之，USB桥接器是一种简单而经济的方法，可为基于微控制器的解决方案添加USB连接，这些高价值、低成本的USB桥接器极大地有益于大量应用，例如便携式医疗和工业连接应用，这些应用需要简单而强大的USB实现，以便能够与现代系统或计算机进行通信。通过简单连接到标准串行接口，例如RS-232，RS-485或I²C，USB桥接器使设计人员能够为这些应用添加USB连接，而无需重新设计整个系统。

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