本文關鍵詞：延長USB接口傳輸距離的芯片研究與設計

  更多相關文章： 通用串行總線 延長系統 低壓差線性穩(wěn)壓器 概率魯棒 以太網

【摘要】：通用串行總線（USB）是目前廣泛應用的計算機通信標準，具有即插即用、快速便攜、價格低廉等優(yōu)點，已成為計算機、通信及消費類電子產品的必備接口之一。但是，USB的最大傳輸距離通常僅為5m，即使通過級聯5個USB集線器（Hub），也只能將最大傳輸距離延長至30m。 為突破傳輸距離的限制，本論文首先以USB1.1協議為標準，基于電平轉換原理設計了一種USB1.1延長芯片，將傳輸距離延長至50m。然而，受USB物理特性的限制，會導致數據傳輸不穩(wěn)定及延時較大等問題，在很多情況下仍不能滿足實際需求。隨著網絡技術的不斷發(fā)展，尤其是網絡通信協議具備良好的穩(wěn)定性和較短的傳輸延時，并可通過不同類型的電纜線進一步延長傳輸距離，使得通過網絡來延長USB接口的傳輸距離成為可能。因此，本論文隨后以USB2.0協議為標準，基于USB2.0協議和網絡協議之間的轉換原理，提出了一種USB2.0延長系統，可將傳輸距離進一步延長至100m以上。USB2.0延長系統中的網絡協議采用了修改和自定義的以太網媒體接入控制（MAC）協議，同時該系統能兼容USB1.0/1.1協議信號。 論文首先介紹了與設計工作相關的USB協議規(guī)范內容，以及修改和自定義的以太網MAC協議，分析對比了電平轉換和協議轉換兩種USB延長原理。在此基礎上，分別設計了基于電平轉換原理的USB1.1延長芯片和基于協議轉換原理的USB2.0延長系統。在USB1.1延長芯片的設計工作中，著重研究了低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）的設計，在傳統LDO補償原理的基礎上概括了其基本補償架構模型，然后結合概率魯棒理論和密勒補償架構，研究了負載電流變化引起的開環(huán)傳遞函數變化，建立了一種LDO頻率響應模型，并得到了該模型在整個負載電流范圍內保持穩(wěn)定性的必要條件，使系統參數存在一定的不確定性時仍能最大概率地滿足設計要求。最后，基于CSMC0.35μm CMOS工藝實現了USB1.1延長芯片。其中，LDO模塊的測試結果表明，在5V的工作電壓下，當負載電流跳變時，LDO的調整時間在6ms內，輸出電壓變化小于150mV，線性調整率和負載調整率分別為0.16%和0.32%。在USB2.0延長系統的設計工作中，采用協議轉換技術，，基于現場可編程門陣列（FPGA）平臺設計并驗證了該延長系統，不僅模擬實現了USB數據與網絡數據的相互轉換，而且利用網絡通信技術可將USB2.0接口的傳輸距離延長至100m以上。FPGA驗證結果表明，該USB2.0延長系統具有良好的可行性、穩(wěn)定性和兼容性，在高速數據傳輸、遠程數據交換及控制等領域具有重要的應用價值。
【關鍵詞】：通用串行總線 延長系統 低壓差線性穩(wěn)壓器 概率魯棒 以太網
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP334.7
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 研究背景與意義8-9
• 1.2 USB延長技術的研究現狀9-11
• 1.2.1 采用信號放大器的延長方案9-10
• 1.2.2 采用模擬主機和設備的延長方案10
• 1.2.3 采用主控芯片的延長方案10-11
• 1.3 主要研究內容和論文架構11-14
• 第二章 USB 延長系統的工作原理和結構設計14-26
• 2.1 USB協議規(guī)范14-19
• 2.1.1 NRZI 編碼及位填充14-15
• 2.1.2 器件速度識別15-16
• 2.1.3 信號電平16-18
• 2.1.4 數據信號傳輸18
• 2.1.5 設備的連接、斷開和復位18-19
• 2.2 修改和自定義的以太網MAC協議19-21
• 2.3 USB延長原理21-24
• 2.3.1 電平轉換原理21-23
• 2.3.2 協議轉換原理23-24
• 2.4 本章小結24-26
• 第三章 USB 1.1 延長芯片的設計26-44
• 3.1 USB收發(fā)模塊的設計26-29
• 3.2 網絡收發(fā)模塊的設計29
• 3.3 狀態(tài)控制模塊的設計29-30
• 3.4 LDO模塊的設計30-34
• 3.4.1 傳統 LDO 的補償方法30-32
• 3.4.2 基于概率魯棒的 LDO 的補償方法32-34
• 3.5 仿真結果與分析34-42
• 3.5.1 USB 收發(fā)模塊的仿真34-39
• 3.5.2 網絡收發(fā)模塊的仿真39-40
• 3.5.3 LDO 模塊的仿真40-42
• 3.6 USB 1.1 延長芯片的實現42-43
• 3.7 本章小結43-44
• 第四章 USB 2.0 延長系統的設計44-66
• 4.1 fifo模塊設計44-45
• 4.2 miniusb模塊設計45-52
• 4.2.1 USB 收發(fā)模塊46-48
• 4.2.2 USB 控制模塊48-51
• 4.2.3 模式控制模塊51-52
• 4.2.4 寄存器模塊52
• 4.3 minimac模塊設計52-58
• 4.3.1 mac 收發(fā)模塊54-56
• 4.3.2 mac 控制模塊56-57
• 4.3.3 mac 命令收發(fā)模塊57-58
• 4.4 仿真結果58-63
• 4.4.1 fifo 模塊的仿真59
• 4.4.2 miniusb 模塊的仿真59-60
• 4.4.3 minimac 模塊的仿真60-63
• 4.5 FPGA驗證63-64
• 4.6 本章小結64-66
• 主要結論與展望66-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-73
• 附錄 I: 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文73-74
• 附錄 II: mac 命令收發(fā)模塊的 Verilog 程序代碼74-83

【共引文獻】

中國重要會議論文全文數據庫 前1條

1 梁科;賈繼華;馬志翹;李國峰;;USB1．1設備控制器IP核的設計和應用[A];第一屆中國高校通信類院系學術研討會論文集[C];2007年

中國博士學位論文全文數據庫 前2條

1 李景虎;高速低功耗A/D轉換器及相關技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

2 陳富吉;多軌集成電源穩(wěn)壓及其管理技術研究[D];西安電子科技大學;2009年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 菅填平;基于ZiGBee技術的小區(qū)安全無線監(jiān)控系統[D];南昌大學;2010年

2 李慶委;大負載超快速負載瞬態(tài)響應低漏失CMOS線性穩(wěn)壓器[D];西安電子科技大學;2011年

3 孫東;基于Z8D168的帶顯示USB Key的研究[D];太原理工大學;2011年

4 胡昌順;安全智能鑰匙SOC芯片的USB1.1接口設計與實現[D];遼寧大學;2011年

5 趙文彬;便攜式心電信號采集監(jiān)視儀的關鍵技術研究[D];西北工業(yè)大學;2004年

6 張志遠;一種USB延長器的研究與設計[D];西南交通大學;2004年

7 吳文杰;汽車行駛記錄儀[D];南京理工大學;2004年

8 曾正;汽車行駛記錄儀[D];南京理工大學;2004年

9 張俊;基于DSP的USB2.0接口技術研究[D];華中科技大學;2004年

10 喬斌;魚探儀硬件實現[D];西北工業(yè)大學;2005年

本文編號：789364