USB OTG

OTG的由来与发展——

　　自1996年USB1.0规范以后，USB-IF(Universal Serial Bus Implementers Forums)又陆续公布了USB1.0 、USB2.0和 USB OTG等几个规范，其中USB2.0的传输带宽达到480Mbps，而USB OTG更使USB装置摆脱了原来主从架构的限制，实现了端对端的传输模式，随着USB规范的不断完善，USB的应用领域也得到了拓展。USB诞生的初衷是简化电脑和其外设的连接，最早是用在键盘和鼠标上，而现在，USB的应用已经从PC外设跨越到了消费电子产品和通信电子产品领域，最显著的应用是在数码相机等消费电子产品上。目前，USB低功耗、便于连接和高速传输的特性已经使它成为一个可方便应用的架构，它与其他技术结合便诞生出新的应用。如在移动存储领域，USB与闪存结合，创造性催生了目前广为流行的移动存储设备-U盘。

　　USB OTG是USB On-The-Go的缩写，是近年发展起来的技术，2001年12月18日由USB Implementers Forum公布，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。特别是PDA、移动电话、消费类设备。改变如数码照相机、摄像机、打印机等设备间多种不同制式连接器，多达7种制式的存储卡间数据交换的不便。USB技术的发展，使得PC和周边设备能够通过简单方式、适度的制造成本将各种设备连接在一起，上述我们提到应用，都可以通过USB总线，作为PC的周边，在PC的控制下进行数据交换。但这种方便的交换方式，一旦离开了PC，各设备间无法利用USB口进行操作，因为没有一个设备能够充当P C一样的Host。On-The-Go，即OTG技术就是实现在没有Host的情况下，实现设备间的数据传送。例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备见的USB口，将拍出的相片立即打印出来；也可以将数码照相机中的数据，通过OTG发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。

　　“In-stat/MDR于今年2月的统计资料也显示，未来几年USB2.0 OTG接口的周边设备将从2002年的11万台增长至2007年的1.68亿台，增长1527倍。可以看出，随着外围设备的多样化与高速传输的需求，USB 2.0 OTG的后续发展态势十分乐观。” 从业界应用来看，目前高通公司(Qualcomm Inc.)已经宣布将在其最新的3G手机基带套片中采用该USB OTG。索尼电子(Sony Electronics)也宣布会选用飞利浦的USB OTG芯片为其最新的便携式设备提供USB OTG连接性。索尼CLIE是业内第一个具备USB OTG功能的便携式产品，可以与其它USB设备实现点对点通讯。可以预见，USB OTG会成为未来电子产品的基本配置功能。

 

 

OTG设计原理——

　　随着PDA、移动电话、数码相机、打印机等消费类产品的普及，用于这些设备与电脑，或设备与设备之间的高速数据传输技术越来越受到人们的关注，IEEE1394和USB是用于此类传输的两个主要标准。这两个标准都提供即插即用和热插拔功能，都可以向外提供电源，也都支持多个设备的连接。其中IEE1394支持较高的数据传输速度，但相对比较复杂、价格较高，主要用于需要高速通信的AV产品；而最初的USB标准主要面向低速数据传输的应用，其中USB1.1支持1.5Mbps和12Mbps的传输速率，被广泛用于传输速率要求不高的PC机外设，如：键盘、鼠标等。USB2.0标准的推出使USB的传输速度达到480Mbps。而USB OTG技术的推出则可实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。例如：数码相机可以直接与打印机连接并打印照片，从而拓展了USB技术的应用范围。下图是USB技术的典型应用示意图。

　　1 主机通信协议与对话请求协议

　　USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理（节省功耗）功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作（两用OTG）。OTG两用设备完全符合USB2.0标准，并可提供一定的主机检测能力，支持主机通令协议（HNP）和对话请求协议（SRP）。在OTG中，初始主机设备称为A设备，外设称为B设备。可用电缆的连接方式来决定初始角色。图2所示是用第5个ID脚确定默认主机的示意图，两用设备使用新型mini-AB插座，从而使mini-A插头、mini-B插头和mini-AB插座增添了第五个引脚（ID），以用于识别不同的电缆端点。mini-A插头中的ID引脚接地，mini-B插头中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表示默认的是A设备（主机），而检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备（外设）。系统一旦连接后，OTG的角色还可以更换。主机与外设采用新的HNP，A设备作为默认主机半提供VBUS电源，并在检测到有设备连接时复位总线、枚举并配置B设备。OTG标准为USB增添的第二个新协议称为对话请求协议（SRP）。SRP允许B设备请求A设备打开VBUS电源并启动一次对话。一次OTG对话可通过A设备提供VBUS电源的时间来确定（注：A设备总是为VBUS供电，即使作为外设）。也可通过A设备关闭VBUS电源来结束一闪会话以节省功耗，这在电池供电产品中是非常重要的。例如，在两台蜂窝电话通过连接互相交换信息时，一台连接在电费的mini-A端，是A设备，默认为主机。另一台是B设备，默认为外设。当在不需要USB通信时，A设备可以关闭VBUS线，此时B设备就会检测到该状态并进入功低耗模式。

　　2 OTG功能的构建

　　图3所示电路给出了构建OTG功能时需要在基础USB外设上添加的电路，电路中的通用串行总线控制器可以是一个微处理器和USB SIE（串口引擎），也可以是集成的μP/USB芯片或与USB收发器相连的ASIC。为总线提供电源的外部设备需要一路3.3V稳压输出供电电压，以便为逻辑电路和连接在D+、D-引脚的1500Ω电阻提供电源。通过D+、D-引脚上的上拉电阻可向主机发出设备已连接的信号，并指示设备的工作速度。电阻上拉至D+表示全速运行，电阻上拉至D-表示低速运行。其它端点（包括D+和D-的15kΩ下拉电阻）用于检测上拉电阻的状态。由于USB设计需要提供热插拔功能。因此，其ESD保护电路主要用于为D+、D-和VBUS引脚提供保护。

　　为了增加OTG的两用功能，必须扩充收发器功能来使OTG设备既可作为主机使用，也可以作为外设使用。而要实现上述功能，就需要在图3所示电路中添加D+和D-端的15kΩ下拉电阻并为VBUS提供供电电源。此外，收发器还需要具备以下三个条件：

　　（1）可切换D+/D-线上的上拉和下拉电阻，以提供外设和主机功能。

　　（2）作为A设备时，需要具有VBUS监视和供电电路；作为B设备初始化SRP时，需要监视和触发VBUS。

　　（3）具有ID输入引脚。

　　作为两用OTG设备，ASIC、DSP或其它与收发器连接的电路必须具备充当外设和主机的功能，并应按照HNP协议转换其角色。

　　收发器所需添加的大多数电路用于VBUS引脚的管理。作为主机，它必须能够提供5V、输出电流可达8mA的电源。图3中的模拟开关用于配置收发器的各种功能。

　　ASIC和控制器还必须包含USB主机逻辑控制功能，包括发送SOF（帧启动）包、发送配置\u36755输入\u36755输出数据包，在USB 1 msec帧内确定传输进程、发送USB复位信号、提供USB电源管理等。

　　3 Maxim要提供的USB OTG方案

　　MAX3301E是Maxim公司研制的一款USB OTG收发器，该器件集成有电荷泵，可将PDA、蜂窝电话和数码相机等移动设备与USB外设直接连接而无需PC机的参与。采用MAX3301E和一个嵌入式USB主机，就可直接将诸如打印机或外部硬盘驱动器这样的外设连接。MAX3301E内部包括USB OTG收发器、UBUS电荷泵、线性稳压器和I2C 2线串行接口。内部电平转换器使MAX3301E能够与采用+1.65至+3.6V逻辑电源电压的器件连接。MAX3301E中的电荷泵工作在+3V至+4.5V输入电源下，可产生符合OTG要求的VBUS输出，且输出电流大于8mA。该器件可利用内部比较器控制并测量VBUS，同时支持USB OTG SRP和HNP