USB技术的发展,使得PC和周边设备能够通过简单的方式、适度的制造成本,将各种数据传输速度的设备连接在一起。上述我们提到的应用,都是通过USB连接到PC,并在PC的控制下进行数据交换。但这种方便的交换方式,一旦离开了PC,各设备间无法利用USB口进行操作,因为没有一个从设备能够充当PC一样的主机。
随着PDA、移动电话、数码相机、打印机等消费类产品的普及,用于这些设备与电脑,或设备与设备之间的高速数据传输技术越来越受到人们的关注,IEEE1394和USB是用于此类传输的两个主要标准。这两个标准都提供即插即用和热插拔功能,都可以向外提供电源,也都支持多个设备的连接。其中 IEEE1394支持较高的数据传输速度,但相对比较复杂、价格较高,主要用于需要高速通信的AV产品;而初的USB标准主要面向低速数据传输的应用,其中USB1.1支持1.5Mbps和12Mbps的传输速率,被广泛用于传输速率要求不高的PC机外设,如:键盘、鼠标等。USB2.0标准的推出使 USB的传输速度达到480Mbps。而USB OTG技术的推出则可实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。例如:数码相机可以直接与打印机连接并打印照片,从而拓展了USB技术的应用范围。
大家都知道自从1996年USB传输协议的诞生,并以其优势很快的了所有计算机外设以及数码设备,大家都知道USB设备分为HOST(主设备)和SLAVE(从设备),只有当一台HOST与一台SLAVE连接时才能实现数据的传输,OTG设备就是我们的“EX”既能充当HOST,亦能充当SLAVE。
USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上,增添了电源管理(节省功耗)功能,它允许设备既可作为主机,也可作为外设操作(两用OTG)。 OTG两用设备完全符合USB2.0标准,并可提供一定的主机检测能力,支持主机通令协议(HNP)和对话请求协议(SRP)。在OTG中,初始主机设备称为A设备,外设称为B设备。可用电缆的连接方式来决定初始角色。图1所示是用第5个ID脚确定默认主机的示意图,两用设备使用新型mini-AB插座,从而使mini-A插头、mini-B插头和mini-AB插座增添了第五个引脚(ID),以用于识别不同的电缆端点。mini-A插头中的ID引脚接地,mini-B插头中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时,表示默认的是A设备(主机),而检测到ID引脚浮着的设备则认为是B设备(外设)。系统一旦连接后,OTG的角色还可以更换。主机与外设采用新的HNP,A设备作为默认主机并提供VBUS电源,并在检测到有设备连接时复位总线、枚举并配置B设备。OTG标准为USB增添的第二个新协议称为对话请求协议(SRP)。SRP允许B设备请求A设备打开VBUS电源并启动一次对话。一次OTG对话可通过A设备提供VBUS电源的时间来确定(注:A设备总是为VBUS供电,即使作为外设)。也可通过A设备关闭VBUS电源来结束一次会话以节省功耗,这在电池供电产品中是非常重要的。例如,在两台蜂窝电话通过连接互相交换信息时,一台连接在费电的mini-A端,是A设备,默认为主机。另一台是B设备,默认为外设。当在不需要USB通信时,A设备可以关闭VBUS线,此时B设备就会检测到该状态并进入低功耗模式。
OTG收发器一般用在嵌入式设备中,这类设备普遍采用电池供电,对功耗要求很严。为了节省电源,在OTG标准中,当电源总线没有使用时,允许A类设备挂起电源总线。当1个B类设备要工作时,它通过某种方法通知A类设备向电源总线供电。为了实现这一功能,在OTG中提出了会话请求协议(SRP)。在OTG中,1个会话定义为A类设备向电源总线VBUS有效供电的时间。需要注意的是,在OTG中电源一直都是由A类设备(连接mini-Aplug的DRD)提供的。由于主机协商协议,A类设备也可能作为外设使用,此时,电源也由A类设备提供。当A类设备挂起VBUS后,B类设备进入休眠状态。当B类设备需要再次工作时,它可以通过向数据线发送1个脉冲信号(Data-linePulsing)或向电源总线发送一个脉冲信号(VBUSPulsing)来请求A类设备向电源总线供电。OTG要求无论是DRD设备还是普通的B类设备,都具有发送会话请求的功能;同时,普通的A类设备或者DRD设备都能够响应1个会话请求。
构建OTG功能时需要在基础USB外设上添加的电路,电路中的通用串行总线控制器可以是一个微处理器和USB SIE(串口引擎),也可以是集成的μP/USB芯片或与USB收发器相连的ASIC。为总线提供电源的外部设备需要一路3.3V稳压输出供电电压,以便为逻辑电路和连接在D+、D-引脚的1500Ω电阻提供电源。通过D+、D-引脚上的上拉电阻可向主机发出设备已连接的信号,并指示设备的工作速度。电阻上拉至D+表示全速运行,电阻上拉至D-表示低速运行。其它端点(包括D+和D-的15kΩ下拉电阻)用于检测上拉电阻的状态。由于USB设计需要提供热插拔功能。因此,其ESD保护电路主要用于为D+、D-和VBUS引脚提供保护。
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