项目5 USB集线器电路

一、项目简介

    USB集线器（USB Hub）是一种可以将单个USB接口扩展为多个，并可以同时使用的装置。

    电路以NEC公司的uPD720114专用芯片为核心；电源电压（5V_USB）由USB口进入，经过LM1117稳压芯片降低至3.3V作为芯片的工作电压（3.3V_USB），该5V电压还送到芯片和4个USB接口，芯片内部自带电源部分，得到另外一个2.5V的电压（VDD25OUT）给自身某些部件供电；电路采用贴片晶振提供时钟信号。

图1 USB集线器电路结构

二、原理介绍

    uPD720114芯片采用QFP（Quad Flat Package，方形扁平封装），引脚从芯片体四周伸出，数量多达48个，芯片数据手册中给出的引脚分布如图2-1所示。

图2-1 uPD720114芯片引脚分布

    针对该芯片的封装逻辑，可以将芯片的逻辑封装与实际引脚分布一致，计成引脚四边分布的形式；也可以将相同功能类型的引脚分布在一起，并按照从左到右的顺序放置引脚，得到左右功能分布的形式。

图2-2 逻辑封装连线拓扑

    uPD720114芯片的引脚数量较多，按功能分布的形式是更好的选择，如图2-3所示。

图2-3 一种uPD720114芯片的逻辑封装设计方案

    LM1117是一个高精度低压差线性稳压芯片系列，包含1.25~13.8V的输出电压范围可调电压的型号，以及1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V固定电压输出的型号。在本项目电路中，电源来自USB接口的5V电压，芯片工作需要3.3V电压，需求明确，因此可以选择3.3V固定电压输出的型号（LM1117MPX-3.3）。

图2-4 LM1117MPX-3.3芯片外形

表1 LM1117MPX-3.3芯片引脚说明

    本项目使用到了两种USB 2.0连接座：一种是A型90°弯折的母座， 另一种是A型180°直插的母座。插座的1~4号引脚分别是电源、差分负信号、差分正信号和地，元件体两端是外壳接地的引脚。两种插座的区别在于USB线或者设备的接入角度。

图2-5 两种A型USB连接座的引脚分布

    因此，两种USB连接座的逻辑封装可以是相同的，一种设计方案如图2-6所示。该方案为了达到更高的美观度，在设计时隐藏了各引脚名称，用文本的形式标注。注意在放置文本时需要暂时关闭栅格，才能实现精准放置。

图2-6 一种USB连接座的逻辑封装设计方案