Porozumění řadiči rozbočovače USB GL850G a jeho vnitřní architektuře

Porty USB jsou stále důležité v mnoha elektronických zařízeních, zvláště když jedno připojení potřebuje podporovat několik periferií USB současně.GL850G USB 2.0 Hub Controller pomáhá rozšířit jedno USB připojení do více downstream USB portů a zároveň spravovat přenos dat, řízení napájení, detekci portů a komunikaci zařízení uvnitř hubu.Tento článek vysvětluje GL850G, včetně jeho hlavních funkcí, vnitřní pracovní struktury, pinoutu, typického aplikačního obvodu a dalších.

Katalog

Co je GL850G USB 2.0 Hub Controller?

The GL850G USB 2.0 Hub Controller je IC řadiče hub od Genesys Logic navržený pro rozšíření jednoho USB připojení do více USB portů.Plně vyhovuje specifikaci USB 2.0 a podporuje vysokorychlostní přenos dat až 480 Mbps.

GL850G obsahuje vestavěný 8bitový RISC procesor, vestavěné regulátory napětí, podporu správy napájení, ovládání stavových LED a konfiguraci EEPROM pro vlastní nastavení VID/PID.Podporuje také návrhy napájené ze sběrnice a vlastní napájení, což návrhářům systémů poskytuje větší flexibilitu.Jako jediný TT hub řadič nabízí GL850G cenově výhodné řešení pro USB 2.0 hub design při zachování stabilní komunikace mezi upstream hostitelem a downstream porty.

Pokud máte zájem o koupi GL850G, neváhejte nás kontaktovat ohledně ceny a dostupnosti.

Hlavní funkce a specifikace GL850G

Shoda s USB 2.0 a podpora přenosu dat

GL850G je plně v souladu s revizí specifikace USB 2.0, což znamená, že může fungovat jako standardní řadič rozbočovače USB 2.0.Jeho upstream port podporuje jak vysokorychlostní, tak i plnou rychlost provozu, což mu umožňuje správně komunikovat s hostitelským systémem.Následné porty podporují vysokorychlostní, vysokorychlostní a nízkorychlostní USB zařízení, takže různá periferní zařízení USB lze připojit přes stejný řadič rozbočovače.Je také zpětně kompatibilní s USB 1.1, takže je vhodný pro starší USB zařízení.

USB komunikační potrubí

GL850G obsahuje jednu řídicí trubku a jednu přerušovací trubici pro USB komunikaci.Řídicí kanál používá koncový bod 0 s 64bajtovým datovým zatížením a používá se hlavně pro nastavení zařízení, výčet a standardní požadavky na ovládání USB.Propojovací kanál přerušení používá koncový bod 1 s 1bajtovou datovou zátěží a pomáhá hlásit změny stavu rozbočovače, jako je připojení zařízení, odpojení nebo aktualizace stavu portu.

8bitový mikroprocesor na čipu

GL850G má na čipu 8bitový mikroprocesor, který interně spravuje funkce ovládání rozbočovače.Tento procesor využívá architekturu podobnou RISC a instrukční sadu optimalizovanou pro USB, což umožňuje čipu efektivně zpracovávat úlohy rozbočovače USB.Pracuje při 6 MIPS při 12 MHz a obsahuje 64bajtovou RAM a 4K masku ROM, které ukládají a provádějí základní řídicí funkce potřebné pro provoz hubu.

Vlastní VID/PID a podpora konfigurace portů

GL850G podporuje přizpůsobená nastavení VID a PID prostřednictvím externí EEPROM nebo SMBUS.To umožňuje výrobcům přiřadit vlastní ID dodavatele a ID produktu namísto použití výchozího nastavení.Konfigurace downstream portů může být také naprogramována prostřednictvím EEPROM nebo SMBUS, což návrhářům poskytuje větší kontrolu nad tím, kolik portů je povoleno a jak se rozbočovač jeví hostitelskému systému.

Architektura překladače jedné transakce

GL850G používá architekturu Single Transaction Translator neboli STT.To znamená, že jeden transakční překladač je sdílen všemi downstream porty při manipulaci se zařízeními s plnou nebo nízkou rychlostí připojenými k vysokorychlostnímu hostiteli USB 2.0.Tato konstrukce pomáhá snižovat náklady a zjednodušuje hubový řadič, ale výkon může být omezenější, když je současně aktivních několik pomalejších USB zařízení.

Integrovaný USB 2.0 transceiver

GL850G obsahuje integrovaný USB 2.0 transceiver, který zpracovává fyzickou USB signalizaci mezi řadičem rozbočovače, hostitelem a připojenými zařízeními.To snižuje potřebu dalších externích komponent a pomáhá zjednodušit návrh na úrovni desky.Vestavěný transceiver podporuje stabilní signálovou komunikaci pro provoz USB 2.0 hubu.

Podpora redukce EMI a obnovy ESD

GL850G vylepšuje výstupní měniče s řízením rychlosti přeběhu, aby pomohla snížit EMI nebo elektromagnetické rušení.To je důležité, protože signálové linky USB mohou generovat šum, pokud jsou okraje signálu příliš ostré nebo špatně kontrolované.Čip také obsahuje interní detekci výpadku napájení pro obnovu ESD, což pomáhá řadiči se bezpečněji zotavit po elektrostatickém výboji nebo poruchách souvisejících s napájením.

Nízké náklady na kusovník a vestavěná regulace napětí

GL850G je navržen tak, aby snížil celkové náklady na desku integrací několika požadovaných funkcí uvnitř čipu.Obsahuje vestavěný regulátor 5V až 3,3V, který v mnoha provedeních snižuje potřebu externího regulátoru 3,3V.To pomáhá snížit náklady na kusovník, šetří místo na desce plošných spojů a usnadňuje implementaci obvodu rozbočovače.

Vestavěné vytahovací a stahovací rezistory USB

GL850G obsahuje vestavěný upstream 1,5KΩ pull-up rezistor a downstream 15KΩ pull-down rezistory.Tyto odpory jsou nutné pro správnou detekci zařízení USB a řízení stavu sběrnice.Jejich integrací do čipu snižuje GL850G počet potřebných externích součástí a pomáhá zjednodušit rozložení obvodu rozbočovače USB.

Podpora hodin a PLL

GL850G má vestavěný PLL, který podporuje externí 12 MHz krystalový nebo oscilátorový hodinový vstup.Tento zdroj hodin je důležitý, protože komunikace USB vyžaduje přesné načasování pro spolehlivý přenos dat.PLL pomáhá generovat interní časovací signály potřebné pro provoz USB 2.0.

Podpora nízké spotřeby

GL850G podporuje provoz s nízkou spotřebou energie, včetně selektivního pozastavení.Selektivní pozastavení umožňuje rozbočovači nebo připojeným portům přejít do stavu s nižší spotřebou, když nejsou aktivně používány.Podporuje také LPM L1 s EEPROM, což při správné konfiguraci pomáhá zlepšit chování při šetření energie.Tyto funkce jsou užitečné pro snížení spotřeby energie v provedeních rozbočovačů USB.

Smart Power Management

GL850G podporuje inteligentní správu napájení pro downstream porty.Může pracovat v individuálním i skupinovém režimu řízení spotřeby v závislosti na konstrukci a typu balení.Individuální režim umožňuje samostatné řízení napájení a detekci nadproudu pro každý výstupní port, zatímco režim gang ovládá porty jako skupinu.To dává návrhářům flexibilitu při vyvažování nákladů, bezpečnosti a ovládání.

Podpora režimu s napájením ze sběrnice a s vlastním napájením

GL850G vyhovuje požadavkům na napájení sběrnice USB a podporuje automatické přepínání mezi režimy s vlastním napájením a režimem napájeným ze sběrnice.V režimu napájeném ze sběrnice je rozbočovač napájen z odchozího připojení USB.V režimu s vlastním napájením využívá rozbočovač externí zdroj napájení.Automatické přepínání pomáhá hubu přizpůsobit se různým podmínkám napájení bez nutnosti složitého externího ovládání.

Flexibilní konfigurace downstream portu

Počet downstream portů na GL850G lze konfigurovat pomocí nastavení SMBUS, EEPROM nebo I/O pinů v závislosti na konstrukci.To umožňuje, aby stejný řadič podporoval různá rozložení rozbočovačů.Podporuje také konfiguraci složených zařízení, kde lze některé downstream porty nastavit jako nevyjímatelná zařízení.To je užitečné, když je řadič hubu kombinován s interními funkcemi USB na stejné desce.

Dostupné možnosti balíčků

GL850G je k dispozici v několika variantách balení, včetně 28pinového QFN 5×5 mm, 28pinového SSOP 209 mil a 24pinového QFN 4×4 mm.Tyto možnosti balení poskytují návrhářům flexibilitu na základě velikosti PCB, procesu montáže a požadavků na náklady.Menší balíčky QFN jsou užitečné pro kompaktní rozvržení, zatímco s balíčky SSOP lze snadněji manipulovat v některých podmínkách výroby nebo prototypování.

Funkční schéma řadiče rozbočovače USB GL850G

Funkční blokové schéma GL850G ukazuje, jak řadič rozbočovače USB řídí komunikaci mezi hostitelským počítačem a více zařízeními USB.V horní části diagramu se upstream USB transceiver připojuje k hostiteli prostřednictvím linek D+ a D−.Tato sekce přijímá data USB z počítače a odesílá data zpět hostiteli.Vestavěný PLL využívá externí zdroj hodin 12/27/48 MHz pro generování stabilních interních časovacích signálů potřebných pro USB komunikaci.

Uvnitř řadiče spolupracují CPU, RAM, ROM, SIE (Serial Interface Engine) a logika portu USB na zpracování paketů USB, řízení funkcí rozbočovače a správě přenosu dat.CPU zpracovává interní řídicí operace, zatímco SIE zpracovává úlohy protokolu USB, jako je dekódování paketů a komunikace se zařízením.

Transaction Translator (TT) je jedním z hlavních bloků v GL850G.Řídí komunikaci mezi vysokorychlostním provozem USB 2.0 a pomalejšími plně nebo nízkorychlostními USB zařízeními připojenými k downstream portům.Protože GL850G používá jedinou architekturu TT, všechny downstream porty sdílejí stejnou logiku překladače.

Ve spodní části schématu je opakovač a logika downstream portu distribuovat USB signály do více downstream portů USB.Každý downstream port obsahuje vlastní transceiver, ovládání zapnutí napájení, detekci nadproudu a LED stavové kontrolní signály pro bezpečnou a spolehlivou správu připojených USB zařízení.

GL850G Pinout a Pin funkce

Pin Ne.	Pin Jméno	Pin Funkce
1	AVDD	Analogové napájení napájecí vstup
2	DM2	USB port 2 D− rozdílový signál
3	DP2	USB port 2D+ rozdílový signál
4	RREF	Reference připojení odporu pro vnitřní kalibraci obvodu
5	AVDD	Analogové napájení napájecí vstup
6	X1	Crystal oscilátor nebo hodinový vstup
7	X2	Crystal výstup oscilátoru
8	DM3	USB port 3D− rozdílový signál
9	DP3	USB port 3D+ rozdílový signál
10	AVDD	Analogové napájení napájecí vstup
11	DM4	Port USB 4 D− rozdílový signál
12	DP4	USB port 4 D+ rozdílový signál
13	RESET #	Aktivní-nízký reset vstupní pin
14	TEST/SCL	Testovací režim pin popř Hodinový signál SMBUS
15	GND	Pozemní spojení
16	DVDD	Digitální napájení napájecí vstup
17	PSELF	Vlastní pohon kolík pro výběr režimu
18	PGANG	Síla gangu řídicí kolík
19	OVCUR2#	Nadproud detekční vstup pro port 2
20	PWREN2#	Povolení napájení výstup pro port 2
21	OVCUR1#	Nadproud detekční vstup pro port 1
22	PWREN1#	Povolení napájení výstup pro port 1
23	V5	Příkon 5V
24	V33	Vnitřní 3,3V výstup regulátoru
25	DM0	Upstream USB D− rozdílový signál
26	DP0	Upstream USB D+ rozdílový signál
27	DM1	Port USB 1 D− rozdílový signál
28	DP1	USB port 1D+ rozdílový signál

Typický návrh aplikace GL850G

Typický aplikační obvod GL850G ukazuje, jak je řadič hubu připojen k upstream USB portu, downstream USB portům, zdroji hodin, napájecímu zdroji a součástem ochrany.GL850G funguje jako hlavní řídicí IC, který přijímá data USB z hostitelského zařízení prostřednictvím upstream D+ a D- linek a poté distribuuje USB připojení do více downstream USB portů.

Na levé spodní straně obvodu se konektor Mini USB používá jako upstream USB připojení k počítači nebo hostitelskému systému.Upstream datové linky USB se připojují přímo k upstream pinům GL850G.Dioda a pojistka jsou přidány, aby pomohly chránit obvod před zpětným proudem a nadproudem.

Krystalový oscilátor připojený k pinům X1 a X2 poskytuje hodinový signál 12 MHz potřebný pro časování USB.Kondenzátory připojené kolem napájecích kolíků pomáhají filtrovat šum a stabilizovat napájecí zdroj pro spolehlivou USB komunikaci.

Na pravé straně obvodu jsou výstupní USB porty připojeny k GL850G prostřednictvím samostatných signálových linek D+ a D−.Každý port USB také obsahuje oddělovací kondenzátory pro filtrování napájení.Piny PWREN a OVCUR se používají pro ovládání napájení USB portu a detekci nadproudu, což pomáhá chránit připojená USB zařízení.

Chcete-li použít GL850G, obvykle připojte upstream USB port, přidejte 12 MHz krystal, poskytněte stabilní 5V napájecí vstup, připojte downstream USB porty a správně nakonfigurujte piny správy napájení.To umožňuje GL850G fungovat jako kompletní USB 2.0 hub řadič s několika downstream USB porty.

GL850G vs jiné řadiče USB Hub Controller

Funkce	GL850G	GL852	FE1.1s	USB 3.0 Hub Controllers
USB standard	USB 2.0	USB 2.0	USB 2.0	USB 3.0 / USB 3.2
Maximální rychlost	480 Mbps	480 Mbps	480 Mbps	5 Gbps nebo vyšší
Transakce Překladatel	Single TT	Vícenásobné TT	Single TT	Vícenásobné TT
Výkon S Více USB zařízení	Mírný	Lepší manipulace zařízení se smíšenou rychlostí	Základní výkon	Vysoký výkon podpora více zařízení
náklady	Nízká	Mírně vyšší než GL850G	Velmi nízké	vyšší
Interní Procesor	Vestavěný 8bitový MCU	Vestavěný MCU	Jednodušší vnitřní architektura	Pokročilejší architektura ovladače
Správa napájení	Individuální a podpora režimu gangu	Pokročilý výkon vedení	Základní výkon ovládání	Pokročilé chytré řízení spotřeby
EEPROM / SMBUS Podpora	Ano	Ano	Omezené	Ano
Nejlepší pro	Nákladově efektivní rozbočovače USB	Lepší USB 2.0 výkon náboje	Jednoduché low-cost rozbočovače USB	Vysokorychlostní moderní USB rozbočovače
Moc Spotřeba	Nízká	Nízká	Velmi nízké	Vyšší než USB náboje 2.0
Design Složitost	Mírný	Mírný	Jednoduché	Složitější PCB design
Typické Omezení	Sdílené TT šířku pásma	Vyšší náklady	Méně pokročilé funkce	Vyšší náklady a požadavek na výkon

Nejlepší aplikace GL850G

• Hubová zařízení USB 2.0 - Běžně se používá ve víceportových USB rozbočovačích pro rozšíření jednoho USB připojení do několika USB portů.

• Dokovací stanice pro notebooky - Pomáhá přidat další USB konektivitu pro klávesnice, myši, flash disky a tiskárny.

• Vestavěné systémy - Používá se ve vestavěných deskách a průmyslových řadičích, které vyžadují připojení více zařízení USB.

• Průmyslové rozšíření USB - Vhodné pro průmyslová zařízení, která potřebují stabilní USB komunikaci s více periferiemi.

• DIY USB Hub projekty - Populární mezi nadšenci elektroniky kvůli nízké ceně a relativně jednoduchému návrhu obvodu.

• Projekty jednodeskových počítačů (SBC). - Často integrováno do Raspberry Pi a systémů založených na Linuxu pro další porty USB.

• Moduly rozhraní USB - Používá se v systémech, které kombinují více USB zařízení do jednoho kompaktního designu desky.

• POS a kioskové systémy - Pomáhá připojit snímače čárových kódů, tiskárny účtenek, čtečky karet a další periferní zařízení USB.

• Počítačový monitor USB rozbočovače - Integrované uvnitř monitorů, které poskytují vestavěné rozšiřující porty USB.

• Nízkonákladová spotřební elektronika - Používá se v cenově dostupném příslušenství USB, kde je rychlost USB 2.0 dostatečná pro běžné periferie.

Mechanické rozměry GL850G

Výrobce

Logika Genesys, výrobce GL850G, je polovodičová společnost specializující se na řadiče rozbočovačů USB, řadiče úložiště a řešení IC rozhraní.Společnost podporuje výrobu integrovaných obvodů ve velkém měřítku prostřednictvím pokročilého návrhu polovodičů, balení, testování a procesů kontroly kvality, aby byla zajištěna stabilní výkonnost produktu a dlouhodobá spolehlivost.Genesys Logic se zaměřuje na nízkonákladová, vysoce integrovaná řešení řídicích systémů, která zjednodušují návrh PCB a snižují náklady na kusovníky pro výrobce.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Proč GL850G používá překladač jedné transakce místo překladačů více transakcí?

GL850G používá Single Transaction Translator (STT) hlavně pro snížení celkových nákladů na čip a zjednodušení architektury hubu.V tomto návrhu sdílejí všechna následná vysokorychlostní a nízkorychlostní USB zařízení stejnou logiku transakčního překladače.To funguje dobře pro normální USB periferie, jako jsou klávesnice, myši, tiskárny a flash disky.Pokud však několik pomalejších USB zařízení přenáší data ve stejnou dobu, sdílení šířky pásma může mírně snížit výkon ve srovnání s multi-TT hub controllery.

2. Jak vestavěný regulátor 5V až 3,3V pomáhá zjednodušit návrh rozbočovače USB?

Integrovaný regulátor 5V až 3,3V odstraňuje potřebu samostatného externího regulátoru v mnoha obvodech rozbočovače.To pomáhá zmenšit prostor na desce plošných spojů, snižuje náklady na kusovník a zjednodušuje návrh napájení.Díky tomu je také celkový obvod rozbočovače USB menší a jednodušší na výrobu.

3. Proč je 12 MHz krystal důležitý v obvodu GL850G?

Krystal 12 MHz poskytuje referenční hodiny potřebné pro přesné časování USB.Vestavěný PLL interně násobí tyto hodiny, aby generoval stabilní časovací signály pro USB komunikaci.Bez přesného časování může být přenos dat přes USB nestabilní nebo může zcela selhat.

4. Jaká je výhoda podpory režimu napájeného ze sběrnice i režimu s vlastním napájením?

Podpora obou režimů poskytuje návrhářům větší flexibilitu.Režim napájený ze sběrnice umožňuje rozbočovači USB pracovat přímo z hostitelského portu USB, což je užitečné pro kompaktní rozbočovače s nízkou spotřebou.Režim s vlastním napájením využívá externí zdroj napájení, což umožňuje rozbočovači spolehlivěji podporovat zařízení USB s vyšším proudem.

5. Jak GL850G zlepšuje výkon EMI v provedeních USB hub?

GL850G obsahuje ve svých výstupních ovladačích řízení rychlosti přeběhu, aby se snížily ostré přechody signálu na datových linkách USB.To pomáhá snížit elektromagnetické rušení (EMI), což zlepšuje stabilitu signálu a snižuje možnost komunikačních problémů způsobených elektrickým šumem.

6. Proč jsou v rozbočovačích USB důležité detekce nadproudu a zapnutí napájení?

Kolíky OVCUR a PWREN pomáhají chránit rozbočovač i připojená zařízení USB.Pokud připojené zařízení odebírá příliš mnoho proudu, rozbočovač může detekovat chybu a vypnout napájení postiženého portu.To zvyšuje bezpečnost a pomáhá předcházet poškození hardwaru.

7. Jak podpora EEPROM zlepšuje flexibilitu GL850G?

Podpora EEPROM umožňuje výrobcům přizpůsobit VID, PID, nastavení downstream portů a chování správy napájení.To pomáhá společnostem vytvářet značkové rozbočovače USB a konfigurovat řadič pro různé hardwarové návrhy bez změny hlavního čipu.