USB雙機互聯電路設計

西京學院機電工程系 李紅波 權宏偉

1.引言

隨著PC的普及和信息網絡的大發展，上網的人越來越多，也越來越依賴網絡給自己工作生活帶來便捷。同時無線網絡進一步的發展，我們幾乎不受限制的隨時隨地接入互聯網瀏覽信息、電子郵件、下載文件和聽音樂等等網絡活動。于是我們會時常碰到這種情況，當兩人同時上網時，常常用一個賬號共享上網了。從而電腦組建成小型網絡互訪就成為必要了，便出現了多種互聯方式。早期的串并口互聯、網卡互聯、紅外互聯，WIFI互聯和藍牙互聯等。由于各自使用條件速度等原因，相對較早的聯機速度慢，己經不用了。目前主流使用網卡聯機。這種網卡采用PCI插槽，用RJ45水晶頭連接，傳輸距離遠。但是當PC沒有網卡時，當筆記本互聯時，當互聯共享上網時，當小設備需要聯網時，總會出現不方便安裝網卡，或成本較大，或空間受限的原因不適合用網卡互聯。此時，我們可以考慮選用USB網卡聯機，以滿足需求。USB是目前計算機與外設上普遍采用的標準，其具有傳輸速率高、連接靈活、使用方便和可獨立供電等特性。所以，利用USB新型接口聯機無疑是一個全新開始，以其USB的優點必將受人們歡迎。

2.USB雙機互聯的基本原理

USB雙機互聯設備，其基本原理就是利用一個兩端都是USB接口的Host-Host橋模擬以太網卡實現聯網功能，通過這個帶網絡協議的處理芯片，兩臺互連的電腦工作時就跟用雙網卡連接時的工作狀態一樣。USB雙機互聯設備使用起來非常簡單，特別是現在大家都使用Windows XP的操作系統，只需分別插在兩臺電腦的USB口，系統提示找到新硬件，安裝驅動程序后設置“USB網絡連接”的IP，就可以使用了。

USB雙機互聯是利用USB聯網線把它們以連接起來，可以網絡互訪。USB聯網線的實質是：“1條USB聯網線=2塊網卡+l條網線”，因此它可見理解為“不需要網卡就能聯機的一種通信線”。但其實USB聯網線并不是一條雙頭USB線這么簡單，它內部是含有芯片電路的，其基本原理就是利用一個兩端都是USB接口的Host-Host橋模擬以太網卡實現聯網功能，通過這個帶網絡協議的處理芯片，兩臺互連的電腦工作時就跟用雙網卡連接時的工作狀態一樣。它可以完成具備網卡連接起來的網絡的所有功能（比如文件共享、聯網對戰、共享上網），不過一般都是USB1.1的，速度最多12Mbps，相當于I00Mbps網卡的速度。USB設備支持即插即用和熱插拔功能。所以，隨時都可以將它插入計算機的USB接口上。此時，計算機就會自動分配地址，用戶不需要進行任何物理參數的設置。并且USB設備的連接可以在開機狀態下直接進行，不需要關閉計算機的電源。USB網絡互聯安裝很簡單，先裝上USB連接電纜的驅動程序，并且安裝線纜指定的軟件模擬包，然后重啟計算機，插上線纜，配置好對等網的協議就可以了。表1給出了各種接口互聯的對照情況。

3.USB設備配置

當驅動程序加載時，主機開始給USB設備分配設備地址。這一步是主機通過設置USB設備地址請求命令完成的。當USB設備收到該命令，就設置自己的地址，不在使用默認地址O。當USB設備驅動程序加載之后，系統就開始從驅動程序的入口地址函數DriverEntry()來執行，以初始化設備驅動程序對象，建立設備對象，初始化硬件設備等。USB設備的配置，就在初始化硬件對象時發生的。設備的配置其實就是根據設備配置的信息，使能設備相關功能特性的過程。而USB設備的配置信息存在于設備固件程序中，主機必須通過請求配置描述符命令來獲得。下面就是DDK為USB設備定義的配置描述符結構體。

從這個數據結構中，我們發現，配置有編號，配置有接口。所以，一個USB設備可有多個配置描述符，每個配置又支持多個接口。接口信息是通過接口描述符來確定的，是對USB設備端點功能的匯集總括，一個USB接口可以視為一個邏輯設備。那么，就存在這樣的問題，對于多配置，多接口的設備怎樣來配置?當然，是根據設備的邏輯功能來選擇所需的配置和接口。具體做法是在驅動程序中要指明配置情況，配置號和接口等。這樣，當配置請求命令執行后，設備便配置成所需的功能了。但是，要切忌配置只能進行一次。

4.接口電路設計

4.1 原理圖設計

通過前面分析對比，確定使用工DE接口線擴展USB接口。由于原理圖設計簡單，這里僅把設計時應該注意的事項列舉出來供參考。設計時應注意以下幾條原則：

(1)在D+上拉1.5K電阻以支持USB全速傳輸。

(2)若要采用中斷方式，則需接入中斷線。

(3)EOT_N引腳通過電阻接入VBUS，以正確檢測USB連接。

(4)芯片電源應加退禍電容，一般為0.luF。

(5)在D+/D一線上應串接200。

(6)ALE引腳接地。

表1 互聯的對照表

4.2 PCB版圖設計

這是設計電路的最后一個環節，不僅要考慮電磁兼容、信號完整，而且還需要考慮制作工藝水平等。下面就給出部分關鍵的版圖設計原則：

(1)封裝選擇，電阻電容均采用非貼片器件。

(2)對于庫中沒有的封裝按文檔尺寸畫出封裝，1英寸=2.54毫米。

(3)采用雙層板較好走線，選擇合理的禁止布線區。

(4)接口器件應布在四周，便于連接美觀為好。

(5)核心芯片優先布局，根據參考原理圖信號流向安排主要元器件。

(6)插針應做到便于拔插。

(7)布線遵循電源線、信號線、地線的先后順序，可快速布線。

(8)所有的連線盡量采用做到短、粗、直線。

(9)輸入和輸出及相鄰兩層的導線應避免平行。

(10)數據線和地址線需平行走線。

(11)讀寫、中斷線、復位線和片選線最好用地線保護起來。

(12)晶體振蕩器下面不走線，外殼接地，時鐘線盡量短，地線保護。

(13)布線后，進行設計規則檢查和信號完整性分析。

4.3 電路焊接

拿到一塊電路板，焊接時也要遵循一些要求，不然會事倍功半。一般來說，從內到外來焊接，先焊接貼片集成電路，然后是位置較低的元件，最后才焊接邊緣的接口器件。

5.結論

本文是針對兩臺PC聯機的情況而展開論述的。雖通過了簡單測試，但與實際的應用相差深遠，還需解決更多的具體問題。所以，難點越多，論文觀點也要不斷充實完善。目前，USB互聯應用有有線到無線發展，低速到高速，大型到小型等層出不窮。每一樣應用都在某種程度上需要理論創新和技術創新。所以，值得研究的東西還很多。

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