USB的类型

USB拓展坞原理

USB 使用的是“主机控制的分时轮询”机制（Host-Controlled Time-Division Polling）

它借鉴了分时复用的思想，但不是标准 TDM，也不使用地址总线寻址。

一、为什么 不是“总线地址通信”？

在传统的并行总线系统（如 PCI、ISA）中：

• 每个设备有唯一的硬件地址（或基地址）
• CPU 通过地址总线发出目标地址
• 对应设备响应，完成数据传输

❌ USB 完全没有地址总线！

• USB 是串行总线，只有 D+ / D- 两根数据线（USB 2.0）
• 设备地址是在枚举阶段由主机动态分配的（1~127），不是硬件固定地址
• 所有通信都由主机发起，设备不能主动发送数据

📌 结论：USB 不属于“地址总线通信”模型。

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二、为什么 不是严格意义上的“分时复用（TDM）”？

标准 TDM（如 PCM 电话系统）的特点：

• 时间被划分为固定长度的帧和时隙
• 每路信号固定占用某个时隙，即使无数据也保留
• 同步性强，适用于恒定码率业务

❌ USB 不是这样工作的！

USB 的实际机制：主机轮询 + 动态调度

特性	USB 实际行为
谁发起通信？	只能由主机（Host）发起，设备被动响应
如何区分设备？	主机在数据包中包含 设备地址 + 端点号（Endpoint）
时间分配方式？	按需分配：主机根据设备类型（控制/中断/批量/等时）动态安排传输时机
空闲时隙处理？	不保留！无数据时不发送，带宽可被其他设备使用

🔍 举例：
主机想读 U 盘数据 → 发送 IN Token 包（含 U 盘地址 + 端点）→ U 盘响应 DATA 包
主机想发数据给鼠标 → 发送 OUT Token 包（含鼠标地址）→ 鼠标接收

这更像 “带地址标签的分时访问”，而非固定时隙的 TDM。

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三、USB Hub 在其中的角色

Hub 本身也是一个 USB 设备，但它转发主机的请求：

1. 主机发送一个包，目标地址是“U 盘”
2. 包到达 Hub
3. Hub 查看地址 → 如果是自己的子设备（如接在 Port 2 的 U 盘），就把包转发到对应下行端口
4. U 盘响应 → Hub 把响应传回主机

✅ Hub 不做协议解析，只做物理层/链路层的包转发（类似网络交换机）。

📌 所以：Hub 内部没有“分时复用芯片”，只有 USB 中继器（Repeater）逻辑。

4

这也是USART协议改进为RS485 232的原理，引入了差分信号传输。

选用这款SL2.1A

引脚定义

我们看到数据手册，前面提到USB 是串行总线，只有 D+ / D- 两根数据线（USB 2.0），因此首先看这两条上行总线。是9 10引脚，其他都是向下扩展的。

总述

看完引脚定义看供电模块，需要5V供电，需要加滤波电路和外部晶振。

在工作范围标明了其需要的外部晶振频率是12MHz。

示例电路

非常贴心地，

差分线的布线要求

元器件选型

我们考虑与电脑端用USB type c连接，与外接设备用USB type a连接

USB-A

对于USB type a有四个引脚，D+-传输的是差分信号，其余两根是电源线。

选用这个

USB-C

type c则是上下对称的

我们信号传输也去找差分信号线，分别是B7 B6，这是USB2.0协议的标准传输方式。

如果使用USB3.0，则需要引出A2 A3 B10 B11 A10 A11 B2 B3（也是上下对称）。

由于电脑端使用了USB2.0，因此这里也只能用四线。

对于其他引脚，A4 B9 A9 B4负责供电，而CC引脚（A5 B5）引脚则负责快充，如果不需要快充，可以使用一个5.1k欧姆的电阻下拉接地。SBU引脚是备用引脚，可以NC。

我们选用16pin的：

在EDA中，type c的封装焊盘左右两端的两个会大一些，是因为其是由两个焊盘拼接而成的，因为电源需要更大的接触面积过流。

PCB原理图绘制

SL2.1A的布线

TYPE-C引脚的布线

保护电路

TYPE-C端是连接电脑的，也就是真实供电端！

TYPE-A母座的布线

整体：

PCB布局

注意，芯片周围一圈不要布置任何元器件，周围一定要留一条缝使得GND引脚能连到外围，否则铺铜后会出现很多难以解决的“孤岛”

错误示范：

整体：