USB接口

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USB介绍

USB概念

单端信号与差分信号

单端信号：

差分信号：

接收到的信号是两个信号线的电平差

差分信号的好处

**差分信号的抗干扰能力强。**因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上(两信号电压都变化，但是差值还是不变)，而接收端只是关心两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

PCB设计差分线绘制

优先绘制差分线

差分线尽量短，避免受到一些干扰及信号的衰减

差分线上不要超过两对过孔

平行紧密走线，避免直角锐角走线

长度差尽量小(控制在5mil以内)，尽量保证差分线等长！！！

与其他信号网络以及地的距离尽量在20mil以上(避免和其他信号发生相互干扰)

注意阻抗匹配(90欧姆差分阻抗)

对于阻抗匹配问题，对于高速信号非常的重要，是PCB设计中非常重要的一环，可以使用嘉立创阻抗设计神器进行阻抗设计

USB接口

TYPE-A

USB Type-A又可称为USB-A

TYPE-B

TYPE-C

USB TypeC 拥有诸多优点：双面可插不担心正反、可做USB/雷电高速传输载体，支持 PD快充、音频设备、HDMI传输、调试模式等诸多功能。

市面上的其他USB接口和充电接口在逐步被TypeC替代，可以预见的是，TypeC作为一种多兼容性接口，其未来会具有非常长的生命周期。

主要就是这几种： 24Pin、16Pin、6Pin USB-TypeC接口的引脚，以及USB-PD、USB接口类型。

**6Pin：**用于只需要USB取电充电，无法传输数据

**16(12)Pin：**用于只有USB2.0协议的情况

24Pin(完整版)：使用USB3.0协议

A2 A3 A10 A11 B11 B10 B3 B2这八个引脚用于USB3.0传输

A6 A7 B7 B6 USB2.0传输

B8 B9 备用引脚一般不适用

A5 B5 这两个是CC引脚，用于快充

一文读懂USB TypeC与USB-PD。TypeC引脚定义-24P 16P 6P，CC1、CC2的作用，USB-PD介绍，USB2.0/3.0接口类型一览-CSDN博客

【硬件介绍】Type-C接口详解-CSDN博客

CC引脚

一文详解Type C-CC引脚的作用_typeccc1cc2作用-CSDN博客

在 USB Type-C 接口中，CC1 和 CC2 引脚的上拉和下拉电阻的配置非常重要，因为它们直接影响到设备角色的判定和电源协商。它们的作用主要是通过电阻的拉高（上拉）和拉低（下拉）来识别设备的角色（源或接收端）以及连接方向。

上拉电阻（通常使用5.1KΩ，连接到 VBUS）：标识设备为 源设备（充电器、供电端）。

下拉电阻（通常使用5.1KΩ，连接到地）：标识设备为 接收设备（接收电源的设备，如手机、笔记本等）。

不同使用的接线方法：

只需要取电(从公头取电)：CC1和CC2分别下拉一个5.1KΩ的电阻到地即可
使用PD快充：CC1和CC2分别上拉一个5.1KΩ的电阻到VBUS即可

以下是我在设计电路时使用到的接口

TYPE-C-6Pin

这里的VCC是输入的电源5V，GND就是地

EH引脚：就是一个固定的针脚，直接接地的话可以让其更加牢固

**CC1和CC2作用：**识别设备，分别接5.1K欧电阻下拉。悬空的话VBUS就没有电源输入

TYPE-C-16Pin(12Pin)

16Pin一般为接口厂家、封装的正式名称，而日常生活中习惯称呼为12Pin。这是因为接口设计时，将TypeC母座同侧两端的两个Vbus及GND出线都并拢了起来，虽然从口那里看是16条出线，但座子后面的焊盘只有12个(VBUS合并了、GND也合并了)。

DP和DM是数据线，分别是差分信号的+和-，有两个DP和DM分别是因为对称设计支持正反插的功能，分别取相同的网络标签即可

这里的DM和DP接到了SL2.1A上做输入信号

SBU1和SBU2是扩展功能使用，这里选择不连接符号

USB转串口(TTL)芯片

在设计完最小系统板之后，我们的电路板仅仅能满足芯片跑起来的基本功能，如果要调试芯片，则需要购买USB转TTL模块、杜邦线，也要把IO0和EN引脚焊接出来，使用并不方便，有哪些可以优化的地方呢？

1、添加USB线供电、烧录、调试电路

2、添加自动下载电路

此时就需要我们的CH340芯片和添加自动下载电路

CH340系列

我们在CH340的数据手册中，发现该芯片有很多类型，具体差别可以在手册中找到

具体差别介绍：USB转串口芯片CH340的使用_ch340c-CSDN博客

我们常用的是CH340C，这个芯片CTS和DSR引脚，可以用于自动下载电路的设计

CH340C

引脚定义：

**数据手册7.6：**连接至MCU串口，统一供电示例电路

实际原理图绘制：

根据手册中的描述：我这里是3.3V供电

V3引脚：连接3.3V输入电源

如果是5V供电，将这里改成一个0.1uF的电容接地即可

VCC引脚：连接3.3V输入电源，接一颗0.1uF去耦电容

D+和D-引脚：连接至USB的D+和D-信号

RXD和TXD：TXD引脚连接至MCU的RXD，RXD连接至MCU的TXD

RTS和DTR：与自动下载电路有关，连接至单片机下载电路相关引脚，见下方

串口自动下载电路

以ESP32为例，手册上描述：

在复位上升沿时，GPIO0为1，则进入FLASH运行模式，此时内部程序正常运行。
在复位上升沿时，GPIO0为0，则进入BOOT模式，此时可通过串口下载程序。

**手册上GPIO0和GPIO2的默认配置为：**GPIO0默认上拉(高)，GPIO2默认下拉(地)

EN引脚：也是默认高电平

总结：GPIO0和EN引脚默认为高电平

自动下载电路实现：

所以ESP32要进入下载模式的前提是，IO0拉低，然后复位芯片(通过EN引脚控制，EN由低电平到高电平（上升沿）时CPU复位，复位后检测到GPIO0是低电平，MCU自动进入下载启动模式！)

逻辑表如下：

总结：

当DTR和RTS同时为0或者同时为1时，此时EN和IO0的状态由其他电路决定（内部/外部上拉电阻)。

当不同时为0或者1时，EN = RTS，IO0 = DTR

但是这种逻辑下 EN和IO0是不可能同时为0的，然而进入下载模式则需要如下的序列

IO = 0，EN = 0

IO = 0，EN 0 -> 1

从逻辑表上看是根本无法正常进入下载模式的。

问题的答案实际在另外一部分电路，原理其实非常简单： EN信号连接在一个电容充放电电路上(上方的左图)，在上电的瞬间，EN由于电容充电，电平并不会立马变为高电平，而是缓慢上升，我们就可以使用这个时间差。

1、设置DTR = 1； RTS = 0, 此时 EN=0，IO=1

2、设置DTR = 0；RTS = 1，EN=0，IO=0 此时EN引脚由于电容充电，实际还是0

3、等待电容充电完成，此时 EN=1 ，IO=0，芯片进入下载模式

即实现自动下载电路

具体的DTR、RTS的时序控制是由芯片厂家提供的esptool.py下载脚本进行设置以实现上方下载模式所需要序列！！！