設(shè)計和構(gòu)建您自己的大功率USB集線器端口擴(kuò)展器

今天，我們的辦公桌上滿是需要通過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。這成了一個問題，因?yàn)楣P記本電腦缺乏多個端口，這就是USB集線器或USB端口擴(kuò)展器派上用場的地方。

USB集線器是一種有用的設(shè)備，它提供了將單個通用串行總線(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USB設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤、筆式驅(qū)動器等，主機(jī)USB的帶寬在它們之間共享。在這個項(xiàng)目中，我們將討論如何設(shè)計一個USB集線器，它可以幫助您將一個USB端口擴(kuò)展到四個。在此過程中，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PCB。

這個項(xiàng)目的USB集線器PCB板是由我們的長期贊助商pcbway.com制造的。對于那些新來的人來說，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)目贈品!這在本頁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。對于原理圖和PCB，讓我們移動到下一節(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)每個主要組件的工作原理，將原理圖的每個部分分開作為一個塊。

GL850G控制器：

GL850G是本應(yīng)用的主要集成電路。它來自Genesys Logic的高級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)計過程中提供了主要優(yōu)勢。

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

簡而言之，GL850G使用8位RISC處理器來操作控制/狀態(tài)寄存器并響應(yīng)來自USB主機(jī)的請求。GL850G還預(yù)裝了固件，可以控制其通用I/O并訪問外部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。

它通過引腳25 (5V線)和引腳24 (3.3V引腳)供電。3.3V部分有一個0.1uF的PI濾波器和10uF的電容，以及一個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)連接和過流部分：

這是USB的輸入。它有一個男性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。

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

4x下行端口：

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

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:

第一個是復(fù)位電路。這是一個用于復(fù)位的簡單分壓器，其輸出電壓為4V。因此，當(dāng)5V變低時，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usb激活時，此指示燈將點(diǎn)亮。

最后一個是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，直流筒形連接器開關(guān)斷開，5V的電源通過MOSFET與供電軌道連接。

制作USB集線器的PCB

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

下面的部分是輸入USB。

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PCB

在進(jìn)行設(shè)計之前，將PCB轉(zhuǎn)換為3D

從PCBWay訂購PCB

現(xiàn)在設(shè)計完成后，您可以繼續(xù)訂購PCB：

第一步：登錄，如果是第一次，就注冊。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)在報價”按鈕。您將被帶到一個頁面，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。為了確保付款過程順利進(jìn)行，PCBWAY會在付款前驗(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

訂購后，幾天后，它通過快遞送到了我手中，裝在一個標(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打印了一個外殼。為此，我測量了電路板的尺寸，所有的USB端口和桶千斤頂，為我的設(shè)置設(shè)計一個外殼。我的設(shè)計完成后看起來像下面這樣。

當(dāng)我對設(shè)計滿意后，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。

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

測試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USB端口，然后將4個USB設(shè)備連接到USB端口上。連接到這個USB集線器的所有四個設(shè)備都可以無縫地工作。

本文編譯自circuitdigest