今天，我們的辦公桌上滿是需要通過(guò)USB與PC連接的設(shè)備，或者我們需要使用多種具有USB的東西。這成了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楣P記本電腦缺乏多個(gè)端口，這就是USB集線器或USB端口擴(kuò)展器派上用場(chǎng)的地方。

USB集線器是一種有用的設(shè)備，它提供了將單個(gè)通用串行總線(USB)端口轉(zhuǎn)換為多端口系統(tǒng)的靈活性，因此我們可以將更多設(shè)備連接到主機(jī)系統(tǒng)。在多端口USB HUB系統(tǒng)中，我們可以使用多個(gè)USB設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、筆式驅(qū)動(dòng)器等，主機(jī)USB的帶寬在它們之間共享。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將討論如何設(shè)計(jì)一個(gè)USB集線器，它可以幫助您將一個(gè)USB端口擴(kuò)展到四個(gè)。在此過(guò)程中，我們還將學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)USB輸入/輸出保護(hù)電路以及如何為此設(shè)計(jì)PCB。

這個(gè)項(xiàng)目的USB集線器PCB板是由我們的長(zhǎng)期贊助商pcbway.com制造的。對(duì)于那些新來(lái)的人來(lái)說(shuō)，PCBWay是一家制造和組裝服務(wù)提供商，可以為原型和制造數(shù)量提供高質(zhì)量，全功能的定制pcb。我們稍后將討論更多關(guān)于如何使用他們的服務(wù)，但如果您想獲得這些USB集線器PCB板，您也可以查看項(xiàng)目贈(zèng)品!這在本頁(yè)底部鏈接的視頻中有解釋。

USB集線器規(guī)格：

?USB2.0設(shè)備

?4專用端口。

?自電源和外部電源選項(xiàng)

USB集線器將支持USB2.0設(shè)施，并將有4個(gè)專用USB端口。它可以自供電，這意味著它將從主機(jī)USB端口獲取電力并將其分配到其他連接的USB設(shè)備，或者外部5V電源將允許它為外部設(shè)備供電。

物料清單在PCB上有元件標(biāo)示。對(duì)于原理圖和PCB，讓我們移動(dòng)到下一節(jié)-

DIY USB集線器電路圖

DIY USB集線器的完整原理圖如下：

讓我們看看這些組件是如何連接的。為了更好地理解，根據(jù)每個(gè)主要組件的工作原理，將原理圖的每個(gè)部分分開(kāi)作為一個(gè)塊。

GL850G控制器：

GL850G是本應(yīng)用的主要集成電路。它來(lái)自Genesys Logic的高級(jí)版本集線器解決方案，完全符合通用串行總線規(guī)范修訂2.0。

我們選擇了這一點(diǎn)，因?yàn)樗赨SB集線器的設(shè)計(jì)過(guò)程中提供了主要優(yōu)勢(shì)。

它將5V至3.3V和3.3V至1.8V壓降穩(wěn)壓器集成到一個(gè)芯片中，因此不需要外部ldo，可以節(jié)省成本。

簡(jiǎn)而言之，GL850G使用8位RISC處理器來(lái)操作控制/狀態(tài)寄存器并響應(yīng)來(lái)自USB主機(jī)的請(qǐng)求。GL850G還預(yù)裝了固件，可以控制其通用I/O并訪問(wèn)外部EEPROM。

在上述原理圖中，我們使用連接為DP1、DM1、DP2、DM2等的4個(gè)下游端口，直至DP4、DM4。這是主要的USB D+和D-連接到各自的USB設(shè)備。

它通過(guò)引腳25 (5V線)和引腳24 (3.3V引腳)供電。3.3V部分有一個(gè)0.1uF的PI濾波器和10uF的電容，以及一個(gè)鐵氧體磁頭作為模擬電壓提供干凈的電源。

引腳可以看到在下面-

USB主機(jī)連接和過(guò)流部分：

這是USB的輸入。它有一個(gè)男性USB插座，將插入到PC，筆記本電腦，或具有USB集線器功能的設(shè)備。還有一個(gè)正在使用的ESD保護(hù)，具有IC4，將保護(hù)該上游端口免受ESD影響。

過(guò)流分壓器用于偏置過(guò)流引腳。分壓器設(shè)置為在該引腳處提供3.3V，以激活4端口上USB總線的過(guò)流保護(hù)功能。

4x下行端口：

在上圖中，顯示了4個(gè)下游端口。所有都在電源線中使用單獨(dú)的過(guò)濾器，為USB設(shè)備提供清潔電源。然而，有4個(gè)PTC可用于保護(hù)大電流驅(qū)動(dòng)器。

除此之外，IC2和IC3是TVS二極管，用于保護(hù)內(nèi)部器件免受ESD浪涌的影響。

外圍電路:

第一個(gè)是復(fù)位電路。這是一個(gè)用于復(fù)位的簡(jiǎn)單分壓器，其輸出電壓為4V。因此，當(dāng)5V變低時(shí)，它可以改變GL850G復(fù)位的閾值電壓。

中間的是GANG指示燈。當(dāng)有4個(gè)usb激活時(shí)，此指示燈將點(diǎn)亮。

最后一個(gè)是12Mhz晶體振蕩器，由GL850G使用。

外部供電及邏輯：

在上述電路中，使用電池連接器邏輯控制MOSFET。在正常情況下，MOSFET關(guān)閉，但是當(dāng)有人插入連接器時(shí)，直流筒形連接器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，5V的電源通過(guò)MOSFET與供電軌道連接。

制作USB集線器的PCB

PCB設(shè)計(jì)合理，采用合適的差分對(duì)端子。重要的走線如下所示，其中USB差分對(duì)長(zhǎng)度匹配。如果您是PCB設(shè)計(jì)中的差分布線新手，您可以查看這篇文章，該文章解釋了差分對(duì)布線的重要性以及如何使用它。

下面的部分是輸入U(xiǎn)SB。

這是USB 1跟蹤。

這是USB 2的蹤跡。

這是USB 3的蹤跡。

這是USB 4的蹤跡。

這是整個(gè)PCB

在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，將PCB轉(zhuǎn)換為3D

從PCBWay訂購(gòu)PCB

現(xiàn)在設(shè)計(jì)完成后，您可以繼續(xù)訂購(gòu)PCB：

第一步：登錄，如果是第一次，就注冊(cè)。然后，在PCB Prototype選項(xiàng)卡中，輸入PCB的尺寸、層數(shù)和所需PCB的數(shù)量。

第二步：點(diǎn)擊“現(xiàn)在報(bào)價(jià)”按鈕。您將被帶到一個(gè)頁(yè)面，其中設(shè)置一些額外的參數(shù)，如板類型，層，PCB材料，厚度等，其中大多數(shù)是默認(rèn)選擇的，如果您選擇任何特定參數(shù)，您可以在這里選擇它。

步驟3：最后一步是上傳Gerber文件并繼續(xù)付款。為了確保付款過(guò)程順利進(jìn)行，PCBWAY會(huì)在付款前驗(yàn)證您的Gerber文件是否有效。這樣，您可以確保您的PCB是制造友好的，并將達(dá)到您的承諾。

組裝PCB

訂購(gòu)后，幾天后，它通過(guò)快遞送到了我手中，裝在一個(gè)標(biāo)簽整齊、包裝良好的盒子里。PCB質(zhì)量一如既往的好。板的頂層和底層如下圖所示：

在確認(rèn)痕跡和腳印是正確的之后。我繼續(xù)組裝PCB板。完全焊接板看起來(lái)像下面：

3d打印USB端口擴(kuò)展器外殼

在組裝PCB并確保一切都很好后，我為PCB打印了一個(gè)外殼。為此，我測(cè)量了電路板的尺寸，所有的USB端口和桶千斤頂，為我的設(shè)置設(shè)計(jì)一個(gè)外殼。我的設(shè)計(jì)完成后看起來(lái)像下面這樣。

當(dāng)我對(duì)設(shè)計(jì)滿意后，我將其導(dǎo)出為STL文件，并根據(jù)打印機(jī)設(shè)置進(jìn)行切片，最后進(jìn)行打印。STL文件也可以從Thingiverse下載，你可以使用它打印自己的大小寫(xiě)。

打印完成后，我繼續(xù)在一個(gè)永久的外殼中組裝項(xiàng)目設(shè)置，以備將來(lái)使用，一切都很好地適合，你可以在下面看到：

測(cè)試USB集線器

在組裝好PCB并將其固定在3d打印外殼內(nèi)后，我將其插入筆記本電腦的一個(gè)USB端口，然后將4個(gè)USB設(shè)備連接到USB端口上。連接到這個(gè)USB集線器的所有四個(gè)設(shè)備都可以無(wú)縫地工作。

本文編譯自circuitdigest