CN200983159Y - 基于pci总线的usb多用途接口电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于PCI总线的USB多用途接口电路，包括USB接口和USB主控芯片，所述USB接口通过差分数据信号线连接USB主控芯片；所述USB主控芯片通过PCI总线与一标准PCI接口的相应管脚对应连接，其数据、地址信号端和控制信号端同时与一嵌入式系统接口的相应管脚对应连接。其中，所述标准PCI接口为124PIN金手指PCI接口，可与计算机主板相插接，做通用的PCI卡使用；所述嵌入式系统接口采用80PIN板间连接器实现，可与嵌入式系统相通信，供嵌入式系统开发使用，解决了用户在设计开发与验证上两难的选择，有效节省了开发时间，提高了劳动效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于PCI总线的USB接口电路，具体地说，是涉及一种使用基于PCI总线接口的USB2.0芯片实现两种系统的USB数据传输功能：一种是基于PC机标准的124PIN金手指接口的USB数据传输功能；一种是基于80PIN嵌入式系统接口的USB数据传输功能。
背景技术
PCI总线是一种具有多路地址线和数据线的高性能的32/64位总线。它在高度集成的外围控制器件、外围插件板和处理器/存储器之间作为互连机构应用。PCI局部总线支持64位数据传输、多总线主控和线性突发方式(Burst)，其数据传输率为132MB/s，这给其发展提供了有利条件。另一推动PCI总线发展的原因是它可以降低系统成本，用大量面向PCI局部总线的处理芯片来构造系统机、工作站、外围设备及板卡，其性能优越，处理能力、传输速度都很高。可见，PCI总线成功的满足了工业要求，目前已成为世界上应用最为广泛的扩展标准。
2000年USB2.0版本发布，其数据传输速率提高到480Mb/s，一时间USB红遍全球。现在USB支持3种传输速率：低速(1.5Mb/s)、全速(12Mb/s)和高速(480Mb/s)；4种传输类型：块传输、同步传输、中断传输和控制传输；这使USB应用起来灵活方便，能够满足多种外设需要。USB2.0在传输速度方面有很大改进，但USB设备之间直连互通仍需依赖计算机主机，仍没有合适的直通解决方案。2001年底，USB开发者论坛USB IF(USBImplementers Forum)发布了USB2.0补充规范USB On-The-Go，使支持该协议的USB外设可以以主机的身份和另外特定的一组外设直接通信，进一步拓展了USB技术的发展空间。
为了实现USB接口电路能够同时在计算机主板和嵌入式系统开发时兼容使用，解决用户在设计开发与验证上的两难选择，需要设计一种专门的多用途接口电路。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种基于PCI总线的USB多用途接口电路，具有标准的PCI接口和嵌入式系统接口，既可以插在计算机主板上做通用的PCI卡，又可以供嵌入式系统开发使用，有效解决了用户在设计开发与验证上两难的选择。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种基于PCI总线的USB多用途接口电路，包括USB接口和USB主控芯片，所述USB接口通过差分数据信号线连接USB主控芯片；所述USB主控芯片通过PCI总线与一标准PCI接口的相应管脚对应连接，其数据、地址信号端和控制信号端同时与一嵌入式系统接口的相应管脚对应连接。
为了实现所述USB接口电路与计算机主板之间的连接，使计算机可与外部USB设备进行数据传输，所述标准PCI接口为124PIN标准金手指PCI接口，可与计算机上的PCI接口相插接。
为了方便所述USB接口电路与嵌入式系统连接通讯，所述嵌入式系统接口采用80PIN板间连接器实现。在嵌入式系统需要进行中断控制时，将所述USB主控芯片的三个中断信号管脚与所述板间连接器的相应管脚对应连接，进而实现USB设备与嵌入式系统之间中断信号的通信，完成中断控制。
所述USB主控芯片为一基于PCI总线设计、兼容标准USB2.0和USB1.0规范的USB HOST芯片，包括5个USB接口。为了实现计算机和嵌入式系统可以同时与多个外部USB设备连接通讯，所述USB主控芯片可以通过其5组差分数据信号端分别连接5个USB接口，实现计算机和嵌入式系统同时与5个USB设备之间的数据通讯。本实用新型考虑到实际应用需求，一般配置2个USB接口即可满足常规使用需求。因此，在本实用新型中利用USB主控芯片的两组差分数据信号端分别与两个USB接口对应连接，使计算机主板和嵌入式系统可以同时与2个外部USB设备进行连接，实现数据通讯。
为了防止对USB主控芯片和插入的外部USB设备造成损坏，所述USB主控芯片的USB接口电流检测管脚连接一电源管理芯片的控制端，所述电源管理芯片的供电端连接一直流电源，输出端连接所述USB接口的电源端。所述电源管理芯片为一过流保护芯片，在其控制端检测到USB接口电流超过500mA时，切断其输出端电压，使所述的USB接口断电，进而阻断外部USB设备与所述USB主控芯片之间的数据通讯，以起到对USB主控芯片和外部USB设备的过流保护功能。
为了对USB主控芯片中的配置信息进行存储，所述USB主控芯片通过I2C总线连接一EEPROM存储器。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提供了一种可广泛使用的具有两种接口的USB接口电路：一种是标准的124PIN金手指PCI接口；另一种是为嵌入式系统开发准备的80PIN板间连接接口；既可以插在计算机主板上做通用的PCI卡，又可以供嵌入式系统开发使用，有效解决了用户在设计开发与验证上两难的选择。两种最常用的PCI转USB接口电路，为设计者提供了多系统开发PCI总线的平台，节省了开发时间，提高了效率，并且USB2.0接口应用广泛，因此，具有极高的实用性和推广价值。
附图说明
图1是本实用新型中基于PCI总线的USB多用途接口电路的结构框图；
图2是USB2.0主控芯片的外围电路原理图；
图3是PCI接口电路原理图；
图4是嵌入式PCI接口电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所提出的基于PCI总线的USB多用途接口电路主要包括：USB2.0HOST主芯片、具有差分信号对的USB HUB接口、124PIN标准金手指PCI接口、80PIN嵌入式系统PCI接口、EEPROM存储器和USB电源保护芯片。
其中，USB2.0HOST主芯片采用NEC公司为PCI总线设计的UPD720101芯片实现。该芯片具有标准的PCI外围接口，完全兼容标准的USB2.0和USB1.0规范，内部包括两个OHCI主控制核心和一个EHCI主控制核心，可扩展5个USB接口，所有接口都支持高速(480Mbps)，全速(12Mbps)，低速(1.5Mbps)的传输速率。32位A/D总线，33MHz的时钟，完全符合PCI总线规范2.2。支持PCI总线电源管理接口规范1.1；3.3V的核心电压，可兼容5V/3.3V的PCI总线信号。EEPROM采用ATMEL公司的容量为2K的串行EEPROM存储芯片AT24C02实现，主要用于存储厂商信息以及初始化配置信息，以兼容驱动程序。USB电源管理芯片采用型号为LM3526的双路USB电源保护芯片实现，在USB2.0口的电流超过500mA时自动截止，从而对USB设备和主芯片起到过流隔离保护的作用，做到真正的即插即用的功能。124PIN标准PCI接口采用标准金手指接口实现，完全符合标准PC的规范，可方便的插入计算机主板使用。80PIN的嵌入式系统接口采用board to board的板间连接器实现，为嵌入式系统的开发提供便利。
以下对所述USB多用途接口电路的连接关系作具体说明。
图2为USB2.0主控芯片的外围电路原理图。其中，D1是USB主控芯片UPD720101，通过其地址数据信号端AD0～AD31和控制信号端CBE10、PAR、PCLK、SERR0等连接PCI总线，并转为USB控制输出。本实用新型为了实现计算机和嵌入式系统可以同时与多个外部USB设备连接通讯，在本实用新型的接口电路中设置了两个USB接口XS1、XS2，利用USB主控芯片D1的两组差分数据信号端DM1、DP1和DM3、DP3分别与两个USB接口XS1、XS2的相应差分数据信号管脚D-、D+对应连接，使计算机主板和嵌入式系统可以同时与2个外部USB设备进行连接，实现数据通讯。
D2是电源管理芯片LM3526，其控制端FLAGB、FLAGA分别与USB主控芯片D1的两个USB接口电流检测管脚OCI1、OCI3对应连接，所述电源管理芯片D2的供电端IN连接+5V直流电源，输出端OUTB、OUTA分别连接所述USB接口XS1、XS2的电源端VCCCH1、VCCCH2。所述电源管理芯片D2为一过流保护芯片，在其控制端FLAGA、FLAGB检测到USB接口电流超过500mA时，切断其输出端OUTA、OUTB电压，使所述的USB接口XS1、XS2断电，进而阻断外部USB设备与所述USB主控芯片D1之间的数据通讯，以起到对USB主控芯片D1和外部USB设备的过流保护功能。
D3是EEPROM存储器AT24C02，通过I2C总线与USB主控芯片D1的总线端SRDTA、SRCLK对应连接，用于存储初始化的配置信息。R24、R25、R26和R27是USB差分数据信号管脚DM1、DP1和DM3、DP3的匹配电阻，一般为15KΩ，下拉接地。其它的外围器件包括晶振Y1和相关电阻电容等为USB主控芯片D1的参考外围设计，一般不需要进行修改。
图3为124PIN标准金手指PCI接口电路的原理图。其中，CON1是双面金手指接口，每面有62个管脚，完全符合标准的PCI设计，通过PCI总线与图2中USB主控芯片D1的相应管脚对应连接。PCI接口的设计有以下两点需要注意：
1)PCI总线定义了两种扩展板连接器：一种是基于5V信号环境的；另一种是基于3.3V信号环境的。同时，还定义了三种电气类型的扩展板，分别是5V板、3.3V板和通用板(既可用于5V环境又可用于3.3V环境)。在连接器和扩展板上都有相应的定位键位以防止将一个板插入不适当的位置。本实用新型的设计是基于5V环境的板，因此，板上如需要3.3V的设备，需要增加单独的电源转换芯片。
2)PCI总线的信号驱动采用反射波方式而不是入射波。所谓反射波方式驱动，是指总线驱动器只把总线信号的幅度驱动到所要求幅度(高电压或低电压)的一半，然后电波沿着总线向目标传播，到达目标后再向原点反射，从而使原来的电压振幅加倍，以达到要求的电压级别。事实上，在传播时间内，总线驱动处于开关范围的中间，其时间的长短至少为10ns。因此，在PCB设计时需要注意总线与时钟信号的长度，以避免不必要的错误。
图4为嵌入式系统PCI接口电路的原理图，主要通过80PIN板间连接器XP2与嵌入式系统进行通信。作为一个完整的PCI主设备至少需要49条信号线，其中包括32条地址数据信号线AD[00:31]和17条控制信号线CBE10、PAR、PCLK等，分别与USB主控芯片D1的相应管脚对应连接。利用这些信号线便可处理数据、地址，实现接口控制、仲裁及系统功能。如果设备需要中断控制，则需要接中断信号。PCI局部总线中有4条中断线，分别是INTA#、INTB#、INTC#和INTD#。对单功能设备来说，只使用中断信号线INTA#；中断信号线INTB#、INTC#和INTD#用于多功能设备。在本实用新型中用到了INTA#INTB#和INTC#三个中断信号，用以实现USB1.1和USB2.0功能的控制和操作。
本实用新型所提出的USB2.0多用途接口电路具有标准的PCI接口和嵌入式系统接口，设计简单，实用性强，有效解决了用户在设计开发与验证上两难的选择，具有广泛的应用前景。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于PCI总线的USB多用途接口电路，包括USB接口和USB主控芯片，所述USB接口通过差分数据信号线连接USB主控芯片；其特征在于：所述USB主控芯片通过PCI总线与一标准PCI接口的相应管脚对应连接，其数据、地址信号端和控制信号端同时与一嵌入式系统接口的相应管脚对应连接。
2.根据权利要求1所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述标准PCI接口为124PIN标准金手指PCI接口。
3.根据权利要求1所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述嵌入式系统接口为板间连接器。
4.根据权利要求3所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述板间连接器包括80个管脚，与嵌入式系统进行通信。
5.根据权利要求4所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述USB主控芯片通过其三个中断信号管脚连接所述板间连接器的相应管脚，进而实现USB设备与嵌入式系统之间中断信号的通信。
6.根据权利要求1所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述USB主控芯片通过其两组差分数据信号端分别与两个USB接口对应连接。
7.根据权利要求1或6所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述USB主控芯片的USB接口电流检测管脚连接一电源管理芯片的控制端，所述电源管理芯片的供电端连接一直流电源，输出端连接所述USB接口的电源端。
8.根据权利要求7所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述电源管理芯片为一过流保护芯片，在其控制端检测到USB接口电流超过500mA时，切断其输出端电压，使所述的USB接口断电，进而阻断外部USB设备与所述USB主控芯片之间的数据通讯。
9.根据权利要求1所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述USB主控芯片通过I2C总线连接一EEPROM存储器。
10.根据权利要求1所述的基于PCI总线的USB多用途接口电路，其特征在于：所述USB主控芯片为一基于PCI总线设计、兼容标准USB2.0和USB1.0规范的USB HOST芯片。
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