飛凌干貨丨幫你避開USB VBUS上的“坑”
最近有些客戶自己繪制的板子遇到USB的使用問題，主要表現(xiàn)在USB設(shè)備不識(shí)別，VBUS 報(bào)錯(cuò)等。最后分析出的結(jié)果很多都是掉進(jìn)了USB VBUS設(shè)計(jì)上的坑里。所以在這里簡(jiǎn)單地分享下USB VBUS設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。我們拿AM335x平臺(tái)作為例子來說明。
▼先上一張AM335x RM里關(guān)于USB OTG引腳的說明圖
相比其他的平臺(tái)，TI的AM335x對(duì)VBUS的定義比較特殊，從上圖可以看到USBx_VBUS不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的電源輸入,而是作為USB的電壓檢測(cè)輸入，這一點(diǎn)很重要，一會(huì)再說。
AM335x采用的是兩路USB OTG控制器。
所謂的OTG，就是USB模塊可以在host模式和device模式之間切換工作。相比早期芯片里的USB HOST控制，OTG控制器不僅在內(nèi)部狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，而且增加了幾路外部信號(hào)以及相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)，比如ID腳以及VBUS檢測(cè)。但是許多客戶在設(shè)計(jì)中，往往都只將關(guān)注點(diǎn)放到了ID腳的處理上，而簡(jiǎn)單地認(rèn)為VBUS處理與USB HOST控制器相同。其實(shí)VBUS是一個(gè)非常重要的檢測(cè)信號(hào)，OTG 控制器在USB 設(shè)備識(shí)別、HOST 和device模式切換過程中，VBUS都作為一個(gè)觸發(fā)開關(guān)來用，而在普通的USB HOST控制器里，VBUS僅僅只是作為供電電源使用。
USB剛一開始連接，會(huì)瞬間需要高于500mA的電流。這時(shí)如果VBUS的電流供電能力不足，就會(huì)在5V上產(chǎn)生跌坑。
▼下圖即為我們?yōu)橐豢蛻襞挪閱栴}時(shí)抓到的跌落波形
這個(gè)電壓跌落一方面可能會(huì)引起USB 設(shè)備工作的異常，另一方面，當(dāng)這個(gè)電壓跌落低于4.4V時(shí)，AM335x會(huì)停止進(jìn)行下一步的枚舉過程，同時(shí)進(jìn)入到VBUS 錯(cuò)誤處理（或者叫VBUS過流處理）并輸出相應(yīng)錯(cuò)誤信息。完成處理后重新開始HOST 或DEVICE工作模式的檢測(cè)。
這個(gè)跌落的產(chǎn)生很有可能是本身電源電路設(shè)計(jì)問題，啟動(dòng)或插拔設(shè)備時(shí)5V電源供電能力不夠。
■ 由于客戶的產(chǎn)品為樣機(jī)階段，我們建議優(yōu)化電源設(shè)計(jì)，同時(shí)在USB_VBUS上按照官方推薦添加120uF的電容。電容的主要目的就是為了在出現(xiàn)跌坑時(shí)，有及時(shí)放電的過程以保證電壓的穩(wěn)定。
■ 如果不修改電源設(shè)計(jì)，這個(gè)問題還有一種處理方案，剛剛上面提到了AM335x的VBUS只是電壓檢測(cè)而已，并不會(huì)過很大的電流，所以只需添加一個(gè)RC濾波電路把這個(gè)跌落濾除即可，經(jīng)過測(cè)試此方案可行，即使外部5V跌落依然存在，但是經(jīng)過RC后到達(dá)VBUS上的電壓沒有變化，USB設(shè)備識(shí)別正常。
其實(shí)如果使用其他的平臺(tái)還有另一種方案，AM335X的VBUS閾值電壓是4.4V，是不可以修改的，但是像IMX6系列或者S5P4418這些CPU的VBUS閾值是可以修改的，如果使用類似這些可以調(diào)整閾值的平臺(tái)，也可以通過降低閾值來達(dá)解決這個(gè)問題，不需要改PCB就可以正常使用USB設(shè)備（當(dāng)然這是下策）。
▼下圖為IMX6Q RM中提到的VBUS閾值設(shè)置
USB VBUS的“坑”就先給大家分享到這里，希望對(duì)您的設(shè)計(jì)和排查問題有一定幫助。
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