USB的知识讲座

USB 相关知识讲座说到USB,在座的各位同仁应该都不陌生，之前我也是使用一些USB产品，但自从我们公司开始重新开发 MP3数码随身听产品后，对 USB的了解才比较全面一些，但由于 我是硬件出身，对软件方面了解得不多，因此本节课的重点在于 USB 的一些基本知识。一、 USB 相关知识1、USB 简介可以说现在 USB 接口是目前大家使用最频繁的接口，而且是愈来愈有把所有接口都淘汰的趋势。现在打印机、 数码相机、 U 盘（闪存盘）、 MP3 Player 、鼠标、键盘、外置光驱、移动硬盘（外置硬盘）都使用了USB 作为于计算机交换数据的接口；以往大家使用USB接口的存储设备时，主要的原因是它随插即用、内含5V电源的便利特性。但随着U盘、MP3 播放器，甚至 MP4 等产品的内存容量加大，与 USB 硬盘外接盒、 USB 光盘外接盒的普及，大容量的 USB 存储设备 的使用已经十分普遍。虽然 2000年4月时， USBIF（USB Implement Forum USB 执行委员会？ ）就已经制定出 USB 2.0 ，现行市 面上大部分计算机周边产品也都使用了 USB2.0 接口，但仍有不少产品仍然采用 USB 1.1 规格，这就给我们的选购带 来了不少麻烦。现在，经常存取动辄 3 、 4G 硬盘数据的玩家，逐渐开始重视 USB 1.1 与 USB 2.0 的速度差异。毕 竟， USB 2.0 的传输速度是 480Mbps ，但 USB 1.1 的传输速度只有 12Mbps ，每秒的传输速度差距高达 40 倍，在时间 就是金钱的时代，效率分外重要。USB是通用串行总线（Universal Serial Bus ）的英文缩写，它是通过 PCI总线和PC的内部系统 数据线连接，实现数据的传送。 USB 同时又是一种通信协议，他支持主系统 （host） 和 USB 的外围设 备（device）之间的数据传送，在 USB的网络协议中，每个 USB的系统有且只有一个 host，因此，很多 的朋友问我是否可以将两台 PC的USB口通过A-A头连接起来，是否可以实现通信，这样是不行的， 因为对于电脑主板上的 USB设备，都是host,如果连起来就是两个 host的通信，这样一来的一个 USB 的系统有了两个的 host ，与它的网络协议冲突。 Anchorchip 出了一个可以直接连接的设备 （好象是 AN2720SC）实际上是一个由两个背靠背的USB的device组合起来的一块芯片；2、USB 接口的分类按照以前的说法，有 USB1.0、USB1.1和USB2.0三种接口方式，不过据称 USB协会在2004年年 底重新命名了 USB 标准：将 USB1.1 的说法彻底取消了，所有的接口都统称 USB2.0 接口，现在的 USB2.0 标准按速度划分为三大类，具体的分类是：USB2.0 High Speed ：理论速度是 480Mbps ，对应之前的 USB2.0； USB2.0 Full Speed :理论速度是12Mbps，也就是过去的 USB1.1 ； USB2.0 Low Speed :理论速度是1.5Mbps，这个一般用于鼠标、键盘等对速度 要求不高的外部设备。现在还有一种 USB OTG，原来说是USB 2.0的补充规格，也有人说是USB2.0的加强版，因为具有OTG功能的USB对我们的使用非常方便，而目前一般的便携设备上出现的还不是特别多，后面专门介绍一下。3、USB接口的传输速度连接类型传输速率（兆位/秒）串口.92 Mbps标准并口.92 MbpsUSB 1.0/1.11.5 MbpsUSB 2.0 全速12 MbpsECP 并口24 MbpsIEEE1394 (Firewire)400 MbpsUSB 2.0 高速480 MbpsBps指得是 位每秒，如一首4分钟长128KBPS的歌曲大小为：4*60*（ 128Kbps/8） /1024= 3.75MUSB 接口支持 1.5Mb/s（低速）、12Mb/s（全速）和高达 480Mb/s（USB 2.0 规范）的 数据传输速率，扣除用于总线状态、控制和错误监测等的数据传输，USB的最大理论传输速率仍达1.2Mb/s或9.6Mb/s，远高于一般的串行总线接口。例子：目前市场上 MP3播放器的接口都标明的是UBS2.0 了，一些MP3播放器在包装盒上标明“ USB2.0 High，有的标明“ USB2.0 Full，而有的MP3则标的是“ USB2.Q 480Mbps”，这显然比较含 糊，很容易蒙蔽消费者。实际上在使用过程中可以看出，当写入的歌曲容量不大时，采用这两种USB2.0 接口的MP3的写入时间相差还不很大，但当写入的歌曲容量较大时，写入的时间差别就比较大了。如果用700KB/s甚至是300KB/s的速度来写入大容量文件的话，等待的过程是漫长的。曾经有人专门测试过USB 1.1与USB 2.0的传输速度，使用 Windows XP操作系统， 主板支持USB 2.0,且所有驱动程序都已安装成功，实测结果显示 USB 1.1的闪存盘，每 秒的读取速度顶多只有1,000kb/sec ;而USB 2.0的闪存盘，每秒的读取速度却可 超 6,000 kb/seco4、影响MP3的USB接口速度的因素（下面说的 USB2.0均指高速版的USB2.0）1主板是否支持 USB2.0，电脑配置的高低对传输速度的影响可以忽略不计。2. 不同版本操作系统以及主板USB2.0驱动版本。Windows 98以下的版本及Wlindows NT都不支持 USB2.0，对USB2.0支持得最好的是 Windows XP SP1 及以上版本。3. MP3播放器采用的芯片也会影响传输速度。采用炬力方案”的MP3的传输速度就比较慢；而采用Telchips、SigmaTel、Philips这些芯片的MP3，传输速度明显有一定的提升。并且采用不同型号芯片的 MP3的传输速度也有差异， 比如SigmaTel 3520 支持USB 2.0 High Speed , SigmaTel 3502 就只支持 USB 2.0 Full Speed ，炬力 ATJ2085支持USB2.0 Full Speed （现在有不少低价 MP3都是 采用的这款芯片）。4. MP3 播放器的存储介质。 一般来说， 采用硬盘存储介质的 MP3 的传输速度， 比采用闪存存储 介质的 MP3 要快一些。5. MP3 播放器的固件。在同一台电脑上拷贝歌曲，即使采用同样的芯片和介质， MP3 的传输速 度也有一定的差异。 MP3 的新版本固件往往能修整旧版本固件在传输速度方面的 BUG ，让 MP3 的 传输速度更快！5、USB 接口的优点A、 统一了外设接口：USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的标准的连接类型。这 样一来就简化了 USB 外设的设计，同时也简化了用户在判断哪个插头对应哪个插槽时的任务 实现了单一的数据通用接口。B、节省系统资源： USB 排除了各个设备象鼠标、调制解调器、键盘和打印机设备对去系统资源的需求，因而减少了硬件的复杂性和对端口的占用，整个的USB的系统只有一个端口和一个中断，节省了系统资源。C、USB 支持热插拔 (hot plug) ：也就是说在不关 PC 的情况下可以安全的插上和断开 USB 设 备，动态的加载驱动程序。其他普通的外围连接标准，如 SCSI 设备等必须在关掉主机的情 况下才能增加或移走外围设备。D、USB 支持 PNP (即插即用)。当插入 USB 设备的时候，计算机系统检测该外设并且通过 自动的加载相关的驱动程序来对该设备进行配置，并使其正常工作。E、USB在设备供电方面提供了灵活性。 USB直接连接到Hub或者是连接到Host的设备可以通 过 USB 电缆供电， 也可以通过电池或者其它的电力设备来供电， 或使用两种供电方式的组合 并且支持节约能源的挂机和唤醒模式。F、USB 提供全速 12Mbps 的速率和低速 1.5Mbps 的速率来适应各种不同类型的外设。G、针对不能处理突然发生的非连续传送的设备，如音频和视频设备，USB 可以保证其固定带宽。H、为了适应各种不同类型外围设备的要求， USB 提供了四种不同的数据传送类型。I、USB 使得多个外围设备可以跟主机通信。6、USB的协议不同版本的协议有所不同，不过从USBI.OtUSB1.1t USB2.XUSB OTG勺不断演变，都是朝着更方便实用方面发展，其协议也是慢慢升级完善的。本部分比较专业，都是一些学术术语，只有真正搞USB底层开发的才会深入去研究，对此有兴趣的可以找相关的资料，我这也保存有一些。7、USB OTG简介(1) USBOTG就是 USBOn-The-Go的简称，它是USB2.0规范的补充，结合了对移动应用友好的新特性，包括低功耗、更小的 USB 接头以及在相同的 USB 端口上增加了双重角色的功能 (作为主机 和外设的功能 )。 OTG 通过在没有计算机的情况下，相互之间对等连接使传统的只能作为USB 外设的移动产品的性能和连接性得到扩展。( 2) USB OTG 的特点可以不必通过 PC 就可以实现点对点的连接， 如一个具有 OTG 功能的外设可以跟其它外设直接 通讯；可以实现主从角色转换， On-The-Go 设备非但能与其他 On-The-Go 设备连接，由于內嵌 USB主机端与 USB 外设功能， 因此当它连接到一个普通 USB 外设时， 它可以扮演 USB 主机端的角色， 而当它连接到一个 USB 主机端時，则可以扮演 USB 外设角色；USB OTG 通过五脚接口和五线电缆传输数据。除了传统的 “ VBUS”、“D+”、“D-”、“GND四个针脚外，第五个针脚为 “ID脚，ID脚决定了初始化的主从角色：在 Mini-A 插头中， ID 短路接地，所连设备被初始化为主；在 Mini-B 插头中， ID 悬空，所连设备 被初始化为从。在软件控制下，主从角色也可以利用主设备转换协议 （HNP）进行互换。主设备可提供低功率输出，最小为 8mA 的电流到 USB 电缆，当不传输时可关掉VBUS。在VBUS关闭时，如从属设备需要使用总线，则可请求主设备开启 VBUS，为 VBUS 重新供电。低功耗可支持 USB 设备在电池供电的情况下正常工作 ，延长电池寿命， 节省能源。备注：双角色工作原理OTG 双角色设备驱动程序由 USB 主设备软件包和 USB 设备软件包构成。 OTG 驱动 通过连接器中“ ID的不同连接，或通过是否有主设备转换协议确定双角色设备工作方式 的转换，确定使用 USB 主设备软件包还是 USB 设备软件包。当 OTG 双角色设备以主机方式工作时， USB 主设备软件包工作。主控制驱动完成 USB 主设备软件包与双角色 USB OTG 硬件间的数据交换， USB 总线驱动保存设备的信 息，目标主设备类驱动支持目标设备列表里的设备 。 OTG 提供通用的主设备类驱动程序。当 OTG 双角色设备以从机方式工作时， USB 设备软件包工作。设备控制驱动完成 USB 设备软件包与双角色 USB OTG 硬件间的数据交换， USB 协议层完成 USB 协议规 范， USB 设备类驱动的功能取决于该双角色 OTG 设备的功能。二、 USB 相关器件简介1、接插件（1）电脑上使用的 USB 座：我们见到比较多的是电脑机箱上的 USB 口，那是一个 USB 母座，跟它相对应的就是 USB 公座，两个都是 4 引脚器件；（2）般便携设备使用的标准 USB座：我们MP3上的标准USB公母插座，这两个是 五pin器件，其中4脚为空脚，只有具有USB OTG功能的机器第4脚才使用为“ ID ” 信号脚，；还有OPPO目前在使用的迷尔USB座，只有4pin接口；（3）市面上出现的非标准的 USB 座：不管使用什么类型的插座，能用市面上流通的标 准件最好，如果自己定义那就是非标品，象我们 V1、V8、V12 等机型上使用的耳机插 座共用的方法，那都不是正常用法，多少会影响到机器的性能；（ 4） USB 连接线材：类似我们数码随身听的 USB 下载线（一端连电脑一端连 MP3） 不管采用什么类型的接插件和线材 ，只有符合 USB 规范最好能取得相关认证的东西才能 最终保证下载速度的问题。2、USB 控制 IC市场上供应的USB控制器主要有两种：带USB接口的单片机（MCU ）或纯粹的USB 接口芯片。此类 IC 主要是满足 USB 规范而实现 USB 上传下载功能，很多公司都有，目前我们在 使用的是台湾安国国际的 AU9386, 外接几个器件就是一个 U 盘。如果采用性能好一些的方 案，一般本身都带 USB 功能，或者通过软件编程来完成 USB 功能。3、 USB HOST IC具有host功能的USB IC市面上也不少，但使用量不多，主要是价格一直降不下来，动 不动就是三四十块钱一片，有些产品增加了host功能后成本也就增加了不少，前段时间找到一个国产IC,南京沁恒电子的CH375,价格相对还可以，对这有兴趣的同事可以找我要 相关的 IC 资料和联系方式。4、 其它器件1）利用 FTDI 公司生产的 FT8U232AM 实现 USB/RS-232 转换器（2） USB/串口转换器（ 3）转换开关，使用在多路信号共用一个输出口的状态，如我们公司的V1 、V8、V12 等机型，利用耳机插座来与电脑连接上传下载资料、给锂电池充电、音频信号输出、收音天线等，对这类转换开关 的要求很高， 导通阻抗大会影响音频信号的失真度和电脑能否正常连接问题， 分布电容大会影响信号 的正确性和资料的上传下载速度。 目前我们在使用的是 IT 的 3157 和仙童的 4157，一般来说， 如有可 能尽量不要采用多功能共用一个输出口的方案， 虽然在外观上是占了一些优势， 但对整机性能和寿命 都有一定的影响。（ 4）意法半导体推出微型封装的 USB 2.0 接口专用 ESD 保护 IC ，该 IC 专门保护 USB2.0 高速接口的两条数据线路和电源线，典型电容2.5pF，抗静电达到空气放电15KV和接触放电8KV的标准（ IEC61000-4-2 第 4 级放电保护标准），当然要使用这些新东西，需要付出的成本代价也是不小的。备注： 现在比较通用的 ESD 标准是 IEC61000-4-2 （IEC 国际电工委员会 ），应用人体静电模式，测试电压的范围为2kV15kV（空气放电），峰值电流最高为20A/ns，整个脉冲持续时间不超过 60ns。在这样的脉冲下所产生的 能量总共不超过几百个微焦尔，但却足以损坏敏感元器件。USB 在设计上应该注意的事项由于很多USB接口设计在机器的外面，就算通过橡胶塞保护，在上传下载资料时打 开橡胶塞时也有可能接触到 USB 口，因此对于USB的设计，主要是从ESD方面考虑, 当然其它的也会涉及到。1、如何改良USB接口的EMI和ESD设计USB接口的传输速率很高，因此如何提高USB信号的传输质量、减小电磁干扰 (EMI)和静电放电(ESD)成为USB设计的关键。本文以 USB2.0为例，从电路设计和 PCB设计两个方面对此进行分析。USB线缆由四根线组成，其中一根是电源线VBus，根是地线GND其余两根是用于差动信号传输的资料线(D+，D-)。将数据流驱动成为差动信号来传输的方法可以有效提高信号的抗干扰能力(EMI )。当USB2.0接口采用高速差动信号传输方式时，由于接地层与电源层的信号摇摆，放射噪声会有所增加。因此，为避免串扰并保证信号的完整性，消除将要混入高速信号中的共模噪声是电磁兼容设计的必要对策。在图1所示的电路中，数据电源线和地线上分别串联一个阻抗为120欧姆、额定电流为2A的磁珠，而差分线对上则串联一个共模阻抗为90欧姆的共模扼流器。共模抗流器由两根导线同方向绕在磁芯材料上，当共模电流通过时，共模抗流器会因磁通量叠加而产生高阻抗；当差模电流通过时，共模抗流器因磁通量互相抵消而产生较小阻抗。图1 : USB2.0的噪声抑制电路图100040山-2O10 100FrequencyMHz)图2 : SDCW2012-2-900的衰减频谱。以深圳顺络电子有限公司生产的共模抗流器SDCW2012-2-900为例，该器件在100MHz的差模阻抗仅为4.6欧姆从图2所示的衰减特性也能看岀共模扼流器对差分信号不会造成影响，主要是针对共模电流进行选择性的衰减。VODD+D-GND图3 : USB2.0的ESD防护电路图由于USB接口具有可热插拔性，USB接口很容易因不可避免的人为因素而导致静电损坏器件，比如死机、烧板等。因此使用USB接口的用户迫切要求加入防ESD的保护器件。在图3电路中，数据电源线、地线上各有一个工作电压为5.5V、电容为100pF的压敏电阻连到屏蔽地上。差分线对因数据传送速度高达480Mbps，则需要连接电容小于 4pF的器件，因为较大的电容可导致数据信号波形恶化，甚至岀现位错误。因此在差分线对上接入工作电压为18V、电容最大值为4pF的压敏电阻器。图4所示的电压波形也验证了电容为4pF的压敏电阻器（如深圳顺络电子有限公司生产的SDV1005H180C4R0GPT） 对波形的影响不大。o62oa图4 :不同电容值的压敏电阻对波形的影响。对于USB2.0的PCB布线，需要考虑以下原则：1.差分线对要保持线长匹配，否则会导致时序偏移、降低信号质量以 及增加EMI ; 2.差分线对之间的间距要保持小于10mm，并增大它们与其它信号走线的间距；3.差分走线要求在同一板层上，因为不同层之间的阻抗、过孔等差别会降低差模传输的效果而引入共模噪声；4.差分信号线之间的耦合会影响信号线的外在阻抗，必须采用终端电阻实现对差分传输线的最佳匹配；5.尽量减少过孔等会引起线路不连续的因素；6.避免导致阻值不连续性的 90度走线，可用圆弧或 45度折线来代替；7.压敏电阻器的接地端要接入屏蔽地层，并放 置在端口位置。2、利用 TVS 二极管来对 USB 进行 ESD 保护数据率高达 480Mbps 的 USB 接口， 要利用 TVS 二极管来进行 ESD 保护，为了保持数据的正常 传输，必须要选择低电容的 LCTVS ，它通常是将一个低电容二极管与 TVS 二极管串联，以降低整个 线路的电容 （可低于 3pF） ，达到高速率回路的要求。TVS 二极管的工作原理： 处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。 TVS 二极管在线路板上是与 被保护线路并联的， 当瞬时电压超过电路正常工作电压后， TVS 二极管便发生雪崩， 提供给瞬时电流 一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，并且在电压回复正常值 之前使被保护回路一直保持截止电压。 当瞬时脉冲结束以后， TVS 二极管自动回复高阻状态， 整个回 路进入正常电压。TVS 二极管的特点 ：（1）反应迅速，使瞬时脉冲在没有对线路或器件造成损伤之前就被有效地遏制；（ 2）二是截止电压比较低，更适用于电池供电的低电压回路环境；（ 3）对 TVS 二极管设计的改进使其具有更低的漏电流和结电容，因而在处理高速率传导回路的静电冲击时有 更理想的性能表现 ；备注：5kV的冲击会造成约10%陶瓷电容失效，到10kV时，损坏率达到60%，而TVS可以承受15kV电压。 使用 TVS 二极管保护 ESD 损害的同时，必须配合合理的 PCB 布局： 首先是要避免自感。对于 ESD 这样巨变突发的脉冲，很可能会在回路中引起寄生自感，进而对回路形成强大 的电压冲击，并可能超出 IC 的承受极限而造成损伤。负载产生的自感电压与电源变化强度成正比，ESD 冲击的瞬变特征易于诱发高强自感。减小寄生自感的基本原则是尽可能缩短分流回路，必须考虑到包括接地回路、TVS 和被保护线路之间的回路以及由接口到 TVS 的通路等所有因素。所以 TVS 器件应与接口尽量接近，与被保护线路尽量接近， 这样才会减少自感耦合到其它邻近线路上的机会。另外可应用下述原则对线路进行优化： 1避免在保护线路附近走比较关键的信号线；2尽量将接口安排在同一个边上； 3避免被保护回路和未实施保护的回路并联； 4各类信号线及其馈线所形成的回路所环绕面积要尽量小，必要时可考虑改变信号线或接地线的位置； 5将接口信号线路和接地线路直接接到保护器件上，然后再进入回路的其它部分； 6将复位、中断、控制信号远离输入 /输出口，远离 PCB 的边缘；7在可能的地方都加入接地点； 8采用高集成度器件，二极管阵列不但可以大大节约线路板上的空间，而且减少了由于回路复杂可能诱发的 寄生性线路自感的影响。3、通过 USB 为电池充电USB 标准最有价值，却最少被提及的特性之一就是可利用主机 USB 接口作为电源 对外设供电。除了直接对 USB 设备供电， USB 电源最有用的功能之一就是对电池充电 * 。（在与 PC 交换数据的同时对电池充电）USB 电池充电可能很复杂，也可能很简单，这取决于 USB 设备的要求。影响设计 的因素不仅包括通常的成本、尺寸、重量等。其它重要因素还包括: 1） 电池耗尽的设备插入 USB 端口时，要求多快开始全功能运行； 2） 允许电池充电的时间； 3） 在 USB 功 率限制范围内的功率分配； 4） 是否需要一个交流适配器充电。搞过产品开发的人员都知道，所有 USB 主机，如电脑，每个 USB 插孔都能支持最 少 500mA 电流输出或驱动 5 个“单位负载”。在 USB 术语中，“一个单位负载”是 100mA 。自带电源的 USB 集线器也能驱动 5个单位负载。总线驱动的 USB 集线器只能 保证驱动一个单位负载。备注：按照 USB 规范，由 USB 主机或带电源的集线器提供的，电缆外设端的最小可用电压为 4.5V ，而由 USB 总线驱动的集线器提供的最小电压为 4.35V 。用这些电压对充电电压典型要求为 4.2V 的 Li+ 电池充电时，只有很小的 裕度，这使得充电器的压降变得极为重要。所有接入USB端口的设备启动时消耗电流都不能超过 100mA。与主机进行通信后， 设备才能决定是否可以用足 500mA 电流（一旦与主机连接，所有 USB 设备都必须首先 让主机识别自己。这一动作被称为枚举）。所以， USB 设备与电脑连接时，如果设备的 启动电流大于100 mA，不仅不能给电池充电，还需要由电池提供部分的电流来时设备正 常工作，只有电脑识别到 USB 设备后，能够提供高达 500mA 的电流，此时不仅能与电 脑交换数据，还同时利用电脑电源给电池充电。当然，也可以利用 USB 电源给镍氢电池充电（毕竟镍氢电池成本低） ，但是需要增 加一个 DC-DC 转换器将 1.3V 的电池电压升至设备可使用的电压，典型为 3.3V。鲜为人知的USB特性USB端口并不限制电流（与规范差异的地方）尽管USB规范详细规定了每个USB端口必须提供多少电流，但对于它能够提供多少 电流，规范给出的界限却极为宽泛。尽管定义了电流上限不能超过 500mA ，但一个明智 的设计者不应该依赖于这个信息。任何情况下，都不认为每个USB端口会将它的输出电流限制在500mA，或附近的一个值。实际上，USB端口输出的电流经常超过几安培，因 为多端口系统（如PC机）经常只有一个保护器件公用于所有的端口。保护器件被设定在所 有端口总额定功率之上。因此，一个4USB端口系统，如果其余3个端口未被使用，一个 端口就可提供超过2A的电流。此外，尽管一些PC机使用精度为10%至20%的IC保护方 案，其它大多使用非常不精确的自复保险丝，只有负载功率超出额定值 100%或更高时才 会触发。USB端口很少（从不）关断电源。USB规范对此并没有说明，但人们时常认为如果枚 举失败，或遇到其它软件或固件问题，USB电源可能被关断。但实际情况是，除非有电路故障（如短路），没有USB主机会关断USB电源。也许会有例外，但是目前还没有见到。 笔记本和主板生产商甚至不愿意为故障保护买单，更不用说智能电源切换了。因此，无 论USB外设与主机的对话是否发生，5V 一直可以利用（电流为500mA或100mA，也许为 2A或更高）。USB供电的阅读灯、咖啡杯加热器以及其他一些诸如此类没有任何通信能力 的产品的出现就证明了这一点。它们可能并不“守规”，但它们工作的很好。例子：我们的数码随身听，凡是用聚合物锂电池的，现在都用BQ24013来控制充电， 一方面可以直接使用USB的电源充电，另一方面也可以利用充电适配器来给电池充电。 一般的小杂牌厂家，为了降低成本，一般都是用普通的稳压管来稳压，充电效果极不好， 对锂电池的伤害也很大。4、 USB 接口与串口设备之间互连问题由于 USB 口具有即插即用的特性，现已出现只有 USB 口而没有传统接口的 PC ，但是有很多业界专业人士或嵌 入式应用人员一直采用的是 UART （ Universal Asynchronous Receiver and Transmitter通用异步收发器 ）接口，如改用 USB 对他们而言需要投入太多的时间和金钱，那么在这样的计算机上如何使用旧式基于串行接口的设 备呢？可采用三种基本方法调整系统，使之适应无传统接口的 PC 。 第一种方法是进行全面的系统再设计，使设备本身能够支持 USB 连接；本方案涉及很多工作，除了硬件改变之 外，还需进行软件方面的改动。第二种方法是使用目前市面上出现的 USB 至 RS-232 适配器；本方案可快速使用但成本较高， 同时产品的兼容性、 质量不能得到很好的保障，可能导致维修服务增加对品牌产生负面影响。第三种方法则是采用为系统应用定制的 USB 至 UART 适配器 。 这种方案有专用外部接口方式和嵌入式桥接两种 方式。5、 USB 对结构设计的要求（1）所有具有接地底板护罩的元件都应將护罩连接到底板接地框。 具有护罩的元件比如： USB 座、按鈕、耳机插座、話筒等。由于护罩的导电性高 且表面积大，因此他们极易成为静电放电的电荷传输路径。（2）如果电性能允许，在每条连接到外部电缆线的信号线上都应置有铁氧体磁环。 主要信号线包括：线路输出 /耳机、线路输入、遥控和 USB_5V 信号。每个铁氧体磁 环的位置都应尽可能靠近元件，并且在元件引脚和铁氧体间没有过孔，对于线路输入和 线路输出信号，铁氧体的直流电阻应在 0.4欧姆以内，否则总谐波失真（ THD ）将变大。（3）不应将铁氧体磁环置于USB D+和D 信号线上。如果使用铁氧体磁环，他们可能破坏 D+和D 信号的完整性，从而导致USB通 訊 故障。（ 4） USB 接口应该采用一个非导电性罩或者橡胶塞包裹。 播放器外壳上的按钮或开关应不导电。所以至少，印刷电路板上与按钮或开关接触 的内层材料应不导电。如果整个按钮导电，则将导致在静电放电时电荷均匀分布在按钮 或开关上。这將减少电路板和静电放电源之间的有效空隙，从而使静电放电能以较高的 电压释放到电路板上。如果采用金属或者导电性的外壳，那么我们的设计就应该允许电荷在电路板的各面 均匀分布，以构成一个法拉第罩。按钮和机器外壳直接的空隙尽可能小，以防止静电放电情况穿透空隙的空气直接放 电到电路板上。四、 USB 使用常识问题相信大家手边都有蛮多产品是使用 USB 接口与计算机连接的，例如打印机、数码相机、 U 盘、鼠标、键盘、外置 光驱、外置硬盘等。但所用的 USB ，是真的以 USB2.0 的速度在传输数据吗？USB 传输速度必须分四个部份（主板芯片组、操作系统、外接设备、传输线）来检查 USB 规格是否通通为 2.0 ， 不然明明是 USB 2.0 的周边产品，实际的传输速度可能只有 USB 1.1 。（1）首先保证所购买的外接设备支持 High USB 2.0 外，还要注意主板、操作系统、传输线是否支持 USB 2.0 ， 最重要的是操作系统与外接设备的 USB 2.0 驱动程序是否有安装、设置成功。不然操作系统与所有的硬件都支 持 USB 2.0 ，却没将 USB 2.0 驱动程序设定成功，一直使用低速的USB 1.1 而不自知，这不是很浪费吗？ USB 2.0 兼容于 USB 1.1 ，因此系统不会主动告知使用者，目前的 USB Port 是以 USB 1.1 还是 USB 2.0 的传输速度在传送文件， 所以就得自行检查计算机软硬件的各部份是否都已安装妥当，才能肯定的大声说 “我用 USB 2.0 ！”（2）只要是 Windows Me 操作系统以上的计算机，都已支持并内建 USB 1.1 外接设备（ Device ）的驱动程序，不 需另外安装驱动程序就可马上使用。而Windows XP Service Pack 1 （ SP1 ）以上的操作系统都支持并内建 USB 2.0 外接设备的驱动程序。将 Windows 2000 操作系统升级成支持 USB 2.0 ，需要 Usbport.sys、 Usbhub20.sys、 Usbehci.sys 三个文件， Windows Update 会自动下载、安装成功，不用怕漏了哪些文件忘记安装。而对于旧版的操作系统，如 Windows 98 、95 与 NT 4.0 ， Microsoft 已经不会再推出 USB 更新程序，因此确定这些操作系统通通不支持USB 2.0。（3）传输线对usb2.0速度的影响：有时候，因为计算机主机没有前置 USB Port ,因此须将主机后方的 USB Port通 过传输线，接到前方来，方便使用。而有些外接设备必须使用传输线才能接到USB Port ，例如数码相机、打印机等，因此外接设备与主板的 USB 间，多了一条 USB 传输线。这条传输线也攸关到 USB 1.1 与 USB 2.0 的差异性。USB 传输线因为接头有 Type A 、 B 公母与 Mini Type 之分，几种排列组合下 ，各式各样的 USB 传输线就产生了。 不过，掌管传输线 USB1.1 与 USB 2.0 之分的关键在于 线材的用料 ，而非接头。虽然现在有不少传输线标榜支持 USB 2.0 ，但是实际上的线材品质良劣不一，只有通过 USBIF 认证，并贴 有 USB 认证标志，才算有品质保障。有时候， USB 传输不稳定，文件漏东掉西的，却怎么都找不出问题出在哪，可 能就是品质不好的 USB 传输线在作怪。在支持 USB 2.0 主板的计算机里，安装好 Windows XP SP1 与主板驱动程序后，系统就自动将 USB 2.0 的驱动程序 安装成功。若是较新型号的主板，因为 Windows XP SP1 不认得里面的新芯片组，所以必须放入主板驱动程序，将各 芯片组驱动。Windows XP SP1 与 Windows Server 2003 的【系统管理器 / 通用串行总线控制器】 中，可检查主板上的 USB 2.0 是 否已驱动成功，若无 USB 2.0 的字样，系统就只能使用 USB 1.1 。2、主板不支持 USB 2.0 怎么办？端口不够用怎么办？使用USB2.0适配卡，USB 2.0适配卡一张只要不到百元，却提供了两个到四个的USB 2.0连接端口，若是主板芯片组不支持 USB 2.0 ，只要插上 PCI 接口的 USB 2.0 适配卡，马上就从 USB 1.1 升级到 USB 2.0 ，省去了不少买新 主板的钱。其它还有一种情形也适合购买 USB 2.0 适配卡，就是 USB 2.0 Port 不够用的玩家。只要有 USB 2.0 的主板，因芯 片组而异，都可支持 6 到 8 个 USB Port ，主板 I/O 部分多半内建 2 到 4 个 USB Port ，部分机壳的前置面板还提供 了 1 到 2 个 USB Port 。主板内建的 USB Port 用来连接 USB 鼠标、键盘、打印机、扫描仪后就没有位置了，那数码相机、闪存盘怎么办呢？这时有两种方法，通常主板都保留了一或两组的的 USB 2.0 Port 大于 I/O 内建的数量）。USB 2.0 扩展槽，给前置面板或机箱挡板使用 （若主板能支持如果计算机主机没有前置面板，或早就把主板的USB 2.0 挡板给搞丢，没关系，只要外加一片便宜好用的 USB 2.0 适配卡，可用的 USB Port 硬是比别人多了 4 个市面上的 USB 2.0 适配卡有不少，但是总括来说，卡上的芯片组有三家厂商，分别为NEC 、 VIA 、 ALi ，其中 USB 2.0 适配卡使用 NEC 与 VIA 的控制芯片较为常见。其中， NEC 是最早涉足 USB 2.0 芯片的厂商，它的控制芯片整合性、兼容性、稳定性也最好，例如 Windows XP SP1 就已经内建 NEC 芯片的驱动程序，而 VIA 与 ALi 芯片就需安装原厂的驱动程序后，才能够使用。其实 NEC 、 VIA 和 ALi 这三家厂商皆为世界性大厂，生产制造的控制芯片都有一定的品质保证，不论购买 哪家厂商的 USB 2.0 适配卡，性能方面的差异并不大。