本文主要介绍zynq ultrascale + mpsoc系列芯片的usb3.0/2.0接口硬件设计。
zu+系列mpsoc要实现usb3.0/2.0的全部功能,需要同时使用mio和gtr。因为gtr接口中的usb接口只支持usb3.0,对usb2.0的支持需要通过mio接口外接usb phy实现。
zu+系列mpsoc包括两个usb接口,根据实际需要可以进行如下表所示的配置:
当usb接口配置成3.0模式时,usb2.0也必须使能(在sdk的pcw配置界面),因为外部vbus有效的反馈信号只能从usb phy的ulpi接口得到。在非otg模式下,vbus信号也可以通过pl侧信号得到,但只能通过命令的方式获得。反之,usb2.0则可以单独使用。
mio侧的usb2.0接口只支持ulpi接口,关于ulpi的更多信息可参考之前的文章《usb系列之“外部phy接口”》,phy芯片可以选择和官方开发板一样的usb3320(也可以选择其他支持ulpi接口,且接口电压为1.8v的phy芯片)。
usb3320和zu+的连接关系如下:
usb3320的外部时钟输入可以配置,通过refsel[2..0]上下拉实现。时钟输出固定为60mhz,通过clkout引脚输出,给到link端。usb3320支持同步和异步两种传输模式,当采用同步传输时,使用sdr模式,所有的数据都是在clk的上升沿同步传输;当采用异步模式时,clk关闭。数据总线的方向通过dir控制,如果两端都不驱动数据总线时,dir的改变将产生“turn-around” cycle。
usb3320的外部时钟配置选择如下:
usb3320的电源去耦电容、偏置电阻要求如下:
usb3320的连接示意图如下:
其中,id引脚可以根据实际应用需求固定死(为高时zu+作为device,为低时zu+作为host)。
最后,针对pcb设计,为了阻抗匹配,在设计过程中注意以下几点:
pcb and package delays should be kept to 1.30 ns or below.
pcb and package delay skews for data[7:0]/dir/nxt/stp and clk should be within ±100 ps.
for optimum signal integrity, add a 30ω series resistor to the data and stp lines near the zynq ultrascale+ mpsoc.(对于nxt、dir和clk,对于link端是输入,不能在末端串联电阻匹配)
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