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USB2.0閃存盤控制芯片“優芯II 號”的特點及應用電路

發布時間:2010-8-31 10:22    發布者:techshare
關鍵詞: 控制芯片 , 閃存盤 , 優芯
深圳市朗科科技有限公司推出的采用0.18um CMOS 工藝的“優芯II 號”SB2.0 閃存盤控制芯片。在優芯II 號的應用中,除了必需的優芯II 號和閃存,只需要一個5V 到3.3V 的電壓調整IC、一個12 兆赫茲晶體振 蕩器和電壓濾波電容就可以組成完整的系統,BOM 成本非常低。而且優芯II 號支持目前市場上主流的半 導體存儲芯片,包括三星、東芝、ST、Hynix、美光和瑞薩等公司的SLC、MLC 及AG-AND 8/16 位閃存。

USB 技術概述

英特爾等世界著名的7 家計算機公司和通訊公司于1995 年11 月正式制定了USB0.9 通用串行總線規范。 1996 年1 月USB1.0 標準推出,1998 年9 月他們又制定出整合了電磁傳送的規格、協議以及軟硬件技術的 USB1.1 標準。2000 年8 月,USB 標準升級到2.0,衍
生有OTG(On-The-Go)技術。2005 年5 月,無線USB1.0 標準確定。 在USB 1.1 標準中,USB 分為低速(LS)1.5Mbps、全速(FS)12Mbps。在2.0 的標準中,除了包括1.1 標準中的所有規定,還增加了高速(HS)480Mbps。在這里特別要說明的是,現在市面上銷售的USB 產品,如閃存 盤、MP3 等,標明是USB 2.0,標識并沒有錯,也是某些廠商的投機取巧,而對于用戶來講,是否為支持 高速版才是最重要的。

USB 在主機和設備之間的傳輸方式有四種:分別為控制傳輸、同步傳輸(如CDC 類,包括調制解調、PC 攝像頭等)、中斷傳輸(如HID 類,包括USB 鼠標、鍵盤等輸入設備)、批量(bulk)傳輸。批量(bulk)傳輸主要應 用于USB 海量存儲(Mass storage),這個類包括閃存盤、數碼相機、MP3 播放器等 .

芯片功能

優芯II 號是面向于閃存盤的ASIC,屬于USB 海量存儲類別范疇,完全符合FS 和HS 規范,而LS 對于存儲來說并不需要。考慮已經習慣的說法,優芯II 號符合USB 2.0 協議,向后兼容USB 1.1 標準。它實現了 模擬USB HDD/ZIP/FDD 的啟動,通過GPIO 口驅動LED 指示閃存盤的工作狀態。如前所述,該芯片具有良好的閃存兼容性,支持目前市場上主流的半導體存儲芯片。

優芯II 號量產產品采用LQFP 48 封裝,同時提供二次開發版本(LQFP 80 封裝),可外接Flash ROM 或ROM 仿真器開發。其片內程序ROM 空間為64K,完全滿足閃存盤功能應用。它支持WINDOWS 98/Me/2000/XP ⑥/2003、Mac OS .x/X、Linux 2.4.x 以上內核操作系統。

值得一提的是,優芯II 號使用了已經提交為發明專利的雙通道技術(D-Channel)和雙緩沖技術(D-Buffer),提供了超過16MBps 的寫速度、20MBps 的讀速度。其內部集成了在線式編解碼ECC 功能模塊,ECC 功能模 塊采用了Reed-Solomon 算法,并且配合朗科科技有限公司獨有的USAFE 超穩定技術,最大程度的保證了 數據的安全,而且優芯II 號具有密碼保護功能,保護閃存數據私有性。

圖1 為優芯II 號的結構框圖。其內部的電源管理模塊使得采用該芯片的閃存盤完全符合USB 的電源管理要 求(連接設備小于100mA),工作在20MBps 的高速模式下時工作電流在70mA 以下,休眠電流380uA,小 于USB 標準的500uA。   

  

設計特點和應用電路 優芯II 號的管腳如圖2 所示,USB 差分信號線DP、DM 的排列直接連接到USB 頭DP、DM,避免了目前 市面上多數USB 2.0 閃存盤控制芯片DP、DM 的連接繞彎或打過孔連接到USB 頭,從而保證了信號質量、提高了對于不同電腦主板的兼容性。   



圖2:優芯II 號管腳示意圖   

晶體振蕩器輸入輸出管腳(XSCI、XSCO)的排列,使得在PCB 上的布局對其他信號沒有任何影響,有利于抑制噪聲。

閃存接口信號(FIO0"FIO15)的排列對于單片8 位或單片16 位的閃存是直接連接,對于兩片8 位或兩片16 位的閃存,采用雙面貼片,也保證了直接連接,而信號走線的最短化則提高了信號質量。

該芯片有三組電源:模擬3.3V(VCC3A、VCC3A_U20、VCC3A_HS、GNDA、NDA_U20、GNDA_HS) 向收發器、鎖相環、振蕩器、內
部電壓調整器供電;數字3.3V 為輸入輸出供電;數字1.8V 向內部邏輯和 存儲器供電。數字邏輯部分容易帶來噪聲,而模擬電路部分需要比較穩定的電源,在應用中需要通過電感或磁珠將模擬電源和數字電源隔離。(備注:這里電源是指VCC 和GND 對。某些工程師認為只是將VCC 隔離,而GND 連在一起,這種理解是不對的)。

優芯II 號內部需要的上電復位時間為3.7us,時鐘輸出需要771us,時鐘輸出到優芯II 號正常工作需要937us。 理論上,復位時間在3.7us"771us 之內,對該芯片正常工作沒有任何影響。外部復位電路調試時要考慮電源 電壓穩定時間、閃存上電穩定時間、抗干擾能力等因素,參考電路如圖3。   



圖3:外部復位參考電路   

優芯II 號外接振蕩電路如圖4 所示。電阻RS 常用來防止晶振被過分驅動。過分驅動晶振會漸漸損耗晶振的接觸電鍍,這將引起頻率的上升。可用一臺示波器檢測OSCO 輸出腳,如果檢測到一個非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合時鐘輸入需要,則晶振未被過分驅動;相反,如果正弦波形的波峰、波谷兩端被削平,而使波形成為方形,則晶振被過分驅動。這時就需要用電阻RS 來防止晶振被過分驅動。  



圖4:外接振蕩電路   

判斷電阻RS 值大小的最簡單方法就是串聯一個5kΩ 或10kΩ 的微調電阻,從0 開始慢慢調高,一直到正弦波不再被削平為止。通過此辦法就可以找到最接近的電阻RS 值。在晶體振蕩下,電阻RF≈1MΩ。相位調節電容C1 為22pF,增益調節電容C2 為30pF。在許可范圍內,C1、C2 值越低越好。C 值偏大雖有利于振蕩器的穩定,但將會增加起振時間。 應使C2 值大于C1 值,這樣可使上電時,加快晶振起振。
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