带你了解如何设计USB协议接口
设计一个使用高速信号进行数据传输的系统有时是十分困难的，尤其是当可供选择的通信协议十分繁多的时候。虽然很多通信协议都是高速信号的理想选择，但其中有一个协议特别受欢迎，那就是usb协议。它通常和游戏、汽车音响主机、pc和笔记本电脑应用联系在一起。由于支持多种类型的数据传输和高功率充电，usb协议已成为一种更通用的高速数据协议、接口和电缆规范。图1展示了usb自1998年发布以来的发展历程。
图1：usb协议的发展历程—2019年发布usb 4.0
为了让您了解usb协议是否适合您的系统并满足您的高速接口需求，我们为您列出了设计师通常需要考虑的六个关键问题:
1
1. 您的cpu或mcu的接口功能是什么？
当使用usb时，首先需要考虑中央处理器（cpu）或微控制器（mcu）的接口能力，因为该器件是您设计中高速数据传输的基础。如果您发现需要将数据从cpu或mcu传输到连接的外围设备，且数据传输速率大于10 mbps，usb则是一个很好的选择。
2
当接口的数据链路缺乏可靠性时，您如何远距离传输数据？
usb可以通过现有的集成电路解决方案取代这种连接，从而扩展接口的通信能力。usb转接驱动器有助于在远距离传输时保持信号完整性。像tusb216（usb 2.0）和tusb1002a（usb 3.0）这样的器件具有特定于usb协议的功能，可以简化usb中转接驱动器的实现。
3
如果您的mcu或cpu只有一个usb接口实例怎么办？
usb包括一种称为usb集线器的器件，它可以轻松地将一个端口转换为多个端口。tusb4041i、tusb8041a和tusb8042a等四端口高速usb集线器有助于增加可同时使用的设备数量。
4
如果您的cpu或mcu接口的接口选项有限怎么办？
usb解决方案已经取得进展，可以转换到其他接口，如通用异步收发器(uart)或串行高级技术附件(sata)。usb桥接器可支持usb到uart和sata的转换。如果您的mcu或cpu没有连接到uart或sata的接口，或者对于普通的uart或sata接口来说传输距离太远，请考虑使用像tusb3410和tusb9261这样的usb桥接器。
5
所有的usb连接都需要外部连接吗？
虽然在消费电子产品中到处都可以看到外部usb端口，但usb连接并不一定要在外部。如果您选择的mcu或cpu具有usb功能，也可以考虑使用usb与系统中其他mcu或cpu进行嵌入式连接。usb有内置的数据编码，能够减少电磁干扰和链路电源管理以实现高功效。usb还为有许多低级驱动程序的客户软件增加了灵活性。
6
如果您需要的灵活性比标准usb连接能提供的高怎么办？
usb type-c协议的出现大大提高了usb的灵活性。usb type-c可以创建充当usb主机或usb设备的外围设备，从而使系统能够以多种方式对不同类型的连接做出反应。usb type-c有源多路复用器还可以确保接口配置正确，同时提供符合usb规范的信号完整性。
tusb542和tusb1042i等有源多路复用器应在您的标准type-c设计中使用。usb type-c还有利于在同一个接口上传输多种类型的高速数据，如displayport、高清多媒体接口、uart和其他视频或自定义接口。tusb1146和tusb1064对于系统启用其交替模式功能至关重要。
如果您遇到usb技术问题，并且需要帮助，以为您的系统选择合适的产品，可在ti e2etm接口论坛上发帖交流。
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为了让您了解usb协议是否适合您的系统并满足您的高速接口需求，我们为您列出了设计师通常需要考虑的六个关键问题:
1
1. 您的cpu或mcu的接口功能是什么？
当使用usb时，首先需要考虑中央处理器（cpu）或微控制器（mcu）的接口能力，因为该器件是您设计中高速数据传输的基础。如果您发现需要将数据从cpu或mcu传输到连接的外围设备，且数据传输速率大于10 mbps，usb则是一个很好的选择。
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当接口的数据链路缺乏可靠性时，您如何远距离传输数据？
usb可以通过现有的集成电路解决方案取代这种连接，从而扩展接口的通信能力。usb转接驱动器有助于在远距离传输时保持信号完整性。像tusb216（usb 2.0）和tusb1002a（usb 3.0）这样的器件具有特定于usb协议的功能，可以简化usb中转接驱动器的实现。
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如果您的mcu或cpu只有一个usb接口实例怎么办？
usb包括一种称为usb集线器的器件，它可以轻松地将一个端口转换为多个端口。tusb4041i、tusb8041a和tusb8042a等四端口高速usb集线器有助于增加可同时使用的设备数量。
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如果您的cpu或mcu接口的接口选项有限怎么办？
usb解决方案已经取得进展，可以转换到其他接口，如通用异步收发器(uart)或串行高级技术附件(sata)。usb桥接器可支持usb到uart和sata的转换。如果您的mcu或cpu没有连接到uart或sata的接口，或者对于普通的uart或sata接口来说传输距离太远，请考虑使用像tusb3410和tusb9261这样的usb桥接器。
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所有的usb连接都需要外部连接吗？
虽然在消费电子产品中到处都可以看到外部usb端口，但usb连接并不一定要在外部。如果您选择的mcu或cpu具有usb功能，也可以考虑使用usb与系统中其他mcu或cpu进行嵌入式连接。usb有内置的数据编码，能够减少电磁干扰和链路电源管理以实现高功效。usb还为有许多低级驱动程序的客户软件增加了灵活性。
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如果您需要的灵活性比标准usb连接能提供的高怎么办？
usb type-c协议的出现大大提高了usb的灵活性。usb type-c可以创建充当usb主机或usb设备的外围设备，从而使系统能够以多种方式对不同类型的连接做出反应。usb type-c有源多路复用器还可以确保接口配置正确，同时提供符合usb规范的信号完整性。
tusb542和tusb1042i等有源多路复用器应在您的标准type-c设计中使用。usb type-c还有利于在同一个接口上传输多种类型的高速数据，如displayport、高清多媒体接口、uart和其他视频或自定义接口。tusb1146和tusb1064对于系统启用其交替模式功能至关重要。
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