USB Interface ICs

Ein USB-Schnittstellenschaltkreis ist ein integrierter Schaltkreis der eigens für die Verbindung eines Mikroprozessor-(MPU-) oder Mikrocontroller-(MCU-)Systems mit einer USB-Schnittstelle entworfen wurde.USB-Schnittstellen werden für gewöhnlich verwendet, um Datenkommunikation und -steuerung zwischen Computern und ihren Peripheriegeräten zu ermöglichen. Sie sind üblicherweise Geräte mit sehr niedrigem Energieverbrauch, die für den Batteriebetrieb optimiert sind. Sie besitzen einen Schutz vor elektrostatischen Entladungen, da es sich bei USB um einen Standard handelt, der auf die Verwendung von Kabeln ausgelegt ist.Aufgrund der Anforderungen von USB-Schnittstellen können Geräte die Betriebsweisen Host, Gerät und OTG (On-the-go) unterstützen, aber meist nicht die beiden Modi Host und Gerät zusammen. Die meisten USB-Schnittstellenschaltkreise, die heute auf dem Markt sind, unterstützen die Standards USB 1.1 und 2.0. USB 3.0 wird von vielen Geräten unterstützt. Diese haben aber Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, die für eingebettete Anwendungen zusätzliche Systemkosten verursachen könnten. USB-Geräte unterstützen in der Regel einen Betriebsmodus, bei dem sie über den Bus mit Strom versorgt werden und können auch Strom abgeben, wenn sie Host- oder OTG-konform sind. Die Werte betragen 500 mA bei 5 V für USB 1.x, USB 2.0 und 900 mA für USB 3.x. Die Geräte haben durchaus leistungsstarke Treibereigenschaften. USB 2.0 kann bis zu 5 Meter lange Kabel mit 480 Mbit/s versorgen. Es gibt mehrere USB-Standards. USB 1.1 ist der älteste und unterstützt Bitraten von bis zu 12 Mbit/s. USB 2.0 unterstützt bis zu 480 Mbit/s und USB 3.0 Datenlasten von bis zu 5 Gbit/s. Für USB werden die Begriffe Host und Gerät verwendet. Sie haben eine ähnliche Funktion wie die Begriffe Slave und Master in anderen Bussystemen. Es gibt außerdem USB-Modi wie USB-On-the-go (OTG), wo USB-Geräte auch als Hosts betrieben werden können. Das ermöglicht es den Geräten, Verbindungen mit USB-Speichersticks, Tastaturen und anderen Peripheriegeräten herzustellen. Die USB-Schnittstellenschaltkreise sind über einen Bus mit dem MPU-System verbunden. Es handelt sich üblicherweise um eine parallele Verbindung, für langsamere Betriebsweisen kann sie aber auch seriell sein. Die meisten USB-2.0-fähigen Chips haben parallele Schnittstellen mit 8-Bit, die aus Gründen der Leistungsfähigkeit und Flexibilität auch in einem 4-, 2- oder 1-Bit-Modus betrieben werden können. Manche USB-Chips bieten feste Konvertierungen von und zu anderen seriellen Standards, z. B. SPI oder I2C. Sie haben in beiden Richtungen große, integrierte FIFO-Puffer. Manche besitzen eine Direct-Memory-Access-(DMA-)Funktion, die es ihnen ermöglicht, Daten direkt vom Systemspeicher zu senden und zu empfangen. USB-Geräte verfügen auch über Interrupts für die MPU, um anzuzeigen, dass der Softwaretreiber ein Problem/Ereignis verarbeiten muss, dass Daten verfügbar sind oder eine Übertragung erfolgreich war. Hersteller stellen normalerweise allgmeine Beispieltreiber für ihre USB-Schnittstellenchips zur Verfügung, um die Entwicklung zu vereinfachen. Geräte, die den Standard USB 3.x nutzen, haben üblicherweise mehrere serielle PCI-express-(PCIe-)Leitungen, um eine Verbindung mit dem Prozessorsystem herzustellen. Sie besitzen integrierte Signal-Equalizer und können zur Steuerung über eine eigene serielle Busschnittstelle verfügen.