[发明专利]全速通用串行总线USB设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种在个人电脑(PC)、手持移动通讯设备、摄影器材、数字电视和游戏机等多个领域被广泛应用的全速通用串行总线USB(Universal Serial BUS)设备。

背景技术

通用串行总线USB是1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术。

从1994年发表了USB初始版本以后，USB已经成为目前电脑中的标准扩展接口。USB具有传输速度快[全速设备12Mbps(12兆位每秒)，低速设备1.5Mbps]，支持设备的即插即用，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点；可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等几乎所有的外部设备。

全速USB设备采用四线的接口，除了两根电源线和地线以外，只有两根线用于差分数据的传输。因此整个USB系统采用的是异步的传输方式，没有时钟信号的传输。这就要求在USB设备端必须有相应的时钟源，用于USB主机发送到设备端数据的采样以及USB设备端本身数据的发送；而且还要求USB设备端所提供的时钟源的频率必须和USB的总线频率一致，这样才能保证数据采样的正确性以及数据发送的有效性。

全速USB设备是由一个控制器芯片加上一些外围电路组合而成，而且目前在大多数全速USB设备中，对时钟源所采用的处理方式是在控制器芯片的基础上，再加上一个芯片外部的晶体振荡器。控制器芯片提供两个端口用于与外部的晶体振荡器的连接，并使用外挂的晶体振荡器的输入作为时钟源，用于处理USB数据。

这种处理方式的优点在于简单易行，控制器芯片只用于处理USB的数据，而时钟由外挂的晶体振荡器提供。但这种处理方式也带来一些问题，首先是产品的成本问题，产品需要增加一个晶体振荡器的成本，而且控制器芯片需要提供两个专门的端口用于和晶体振荡器的连接。其次，对晶体振荡器的精度要求很高，USB协议对USB总线频率的定义是，全速设备12Mbps±0.25％，低速设备1.5Mbps±1.5％，这就要求外挂晶体振荡器的精度也是±0.25％。最后，产品在兼容性上有一定的风险，由于USB总线频率存在误差，晶体振荡器也存在误差，当这两个误差都比较大而且反向时，存在USB设备错误采样和发送数据不同步的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全速通用串行总线USB设备，既能节约产品的成本，又能保证产品的正确性和兼容性。

为解决上述技术问题，本发明的全速通用串行总线USB设备包括：

一RC振荡器，设置在控制器芯片内部，其输出的时钟作为全速USB设备中控制器芯片的USB数据处理模块的基准时钟，用于USB数据的采样和发送；

一计数器，设置在控制器芯片内部，用RC振荡器输出的时钟为基准时钟，对USB任意两个连续的帧头包之间的间隔进行计数，用于调整RC振荡器的输出时钟频率；在USB主机复位设备后，且在USB主机发送正常数据之前，完成对RC振荡器的调整。

由于采用上述技术方案，本发明是一种无晶振的全速通用串行总线USB设备；使用控制器芯片内部可调节的RC振荡器作为芯片时钟源，利用全速通用串行总线USB的帧头包(SOF包，对于低速设备为keep-alivestrobe包)每一毫秒发送一次的特性对RC振荡器进行调节，使用校正后的RC振荡器的时钟为基准时钟来采样和发送USB数据。这种控制器芯片内的RC振荡器与控制器芯片外的晶体振荡器相比，不需要加入外挂的晶体振荡器，这样可以降低全速USB设备的成本，同时自调整的芯片时钟源可以保证芯片与任意USB主机的时序相配合，从而保证产品的正确性，并使产品具有很好的兼容性。

具体实施方式

USB协议中定义，USB主机在复位USB设备后，为了保证USB总线的运行状态，开始向USB设备发送帧头包，而且每隔一个毫秒USB主机发送一个帧头包到USB设备。帧头包并不包含有用信息，只是用于保证USB总线不处于空闲状态。