[经验]

飞凌干货丨帮你避开USB VBUS上的“坑”

2021-9-27 09:38:13

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最近有些客户自己绘制的板子遇到USB的使用问题，主要表现在USB设备不识别，VBUS 报错等。最后分析出的结果很多都是掉进了USB VBUS设计上的坑里。所以在这里简单地分享下USB VBUS设计注意事项。我们拿AM335x平台作为例子来说明。

▼先上一张AM335x RM里关于USB OTG引脚的说明图

相比其他的平台，ti的AM335x对VBUS的定义比较特殊，从上图可以看到USBx_VBUS不再是一个简单的电源输入,而是作为USB的电压检测输入，这一点很重要，一会再说。

AM335x采用的是两路USB OTG控制器。

所谓的OTG，就是USB模块可以在host模式和device模式之间切换工作。相比早期芯片里的USB HOST控制，OTG控制器不仅在内部状态机设计更加复杂，而且增加了几路外部信号以及相对应的检测，比如ID脚以及VBUS检测。但是许多客户在设计中，往往都只将关注点放到了ID脚的处理上，而简单地认为VBUS处理与USB HOST控制器相同。其实VBUS是一个非常重要的检测信号，OTG 控制器在USB 设备识别、HOST 和device模式切换过程中，VBUS都作为一个触发开关来用，而在普通的USB HOST控制器里，VBUS仅仅只是作为供电电源使用。

USB刚一开始连接，会瞬间需要高于500mA的电流。这时如果VBUS的电流供电能力不足，就会在5V上产生跌坑。

▼下图即为我们为一客户排查问题时抓到的跌落波形

这个电压跌落一方面可能会引起USB 设备工作的异常，另一方面，当这个电压跌落低于4.4V时，AM335x会停止进行下一步的枚举过程，同时进入到VBUS 错误处理（或者叫VBUS过流处理）并输出相应错误信息。完成处理后重新开始HOST 或DEVICE工作模式的检测。

这个跌落的产生很有可能是本身电源电路设计问题，启动或插拔设备时5V电源供电能力不够。

■ 由于客户的产品为样机阶段，我们建议优化电源设计，同时在USB_VBUS上按照官方推荐添加120uF的电容。电容的主要目的就是为了在出现跌坑时，有及时放电的过程以保证电压的稳定。

■ 如果不修改电源设计，这个问题还有一种处理方案，刚刚上面提到了AM335x的VBUS只是电压检测而已，并不会过很大的电流，所以只需添加一个RC滤波电路把这个跌落滤除即可，经过测试此方案可行，即使外部5V跌落依然存在，但是经过RC后到达VBUS上的电压没有变化，USB设备识别正常。

其实如果使用其他的平台还有另一种方案，AM335X的VBUS阈值电压是4.4V，是不可以修改的，但是像IMX6系列或者S5P4418这些CPU的VBUS阈值是可以修改的，如果使用类似这些可以调整阈值的平台，也可以通过降低阈值来达解决这个问题，不需要改PCB就可以正常使用USB设备（当然这是下策）。

▼下图为IMX6Q RM中提到的VBUS阈值设置

USB VBUS的“坑”就先给大家分享到这里，希望对您的设计和排查问题有一定帮助。