ｕｓｂ接口可提供双向、实时的数据传输，具有即插即用、性能可靠、价格低廉等优点，目前已成为计算机和通信电子产品连接外围设备的首选接口。由于高速ｕｓｂ集线器、高速ｕｓｂ功能部件的不断涌现，如数字图像器、扫描仪、视频会议摄像机、大容量数字存储设备等新型ｕｓｂ设备，在计算机和这些复杂的ｕｓｂ外设之间需要建立一个高速、高性能的数据传输。ｕｓｂ２．０正是为了满足这种需求提出的，它的传输速率为４８０ｍｂｐｓ。高速ｕｓｂ２．０与全速ｕｓｂ１．１和低速ｕｓｂ１．０完全兼容。虽然新式的计算机至少提供两个ｕｓｂ端口，但多数都只能用于ｕｓｂ１．１和ｕｓｂ１．０的数据传输，不能支持ｕｓｂ２．０的数据传输。ｕｓｂ２．０高速主机适配卡，可直接插入计算机的扩充槽内，利用ｐｃｉ总线接口、可支持ｕｓｂ的操作系统，实现ｕｓｂ２．０的高速数据传输。
ｕｓｂ界面通过ｕｓｂ主控制器与计算机主机系统相连接。ｕｓｂ主控制器不但提供与主机的ｐｃｉ总线接口，同时也包含根集线器。根集线器可提供一个或多个连接点用于ｕｓｂ设备的连接，从而使主机操作系统与ｕｓｂ设备之间可以彼此通信。ｕｓｂ２．０主控制器是设计ｕｓｂ２．０高速主机适配卡的主要芯片。目前世界上许多大公司如ｎｅｃ、ｐｈｉｌｉｐｓ、ｖｉａ等都相继推出ｕｓｂ２．０主控制器。本文采用ｎｅｃ公司生产的ｕｓｂ２．０主控制器 ｕｐｄ７２０１００，设计出新型ｕｓｂ２．０高速主机适配卡，测量结果良好，满足ｕｓｂ２．０的设计规范，达到ｕｓｂ２．０设计要求，并已经通过ｅｍｃ国际认证。

１ ｕｓｂ２．０高速主机适配卡的设计

１．１ ｕｓｂ２．０主机系统与ｕｓｂ设备之间的工作流程

ｕｓｂ主机系统可分成客户、ｕｓｂ系统、ｕｓｂ主控制器三层。ｕｓｂ设备也可分成功能部件、ｕｓｂ逻辑设备、ｕｓｂ总线接口三层，如图１所示。

ｕｓｂ主控制器实际上是主机系统方面的ｕｓｂ总线接口，它主要处理电气层和协议层之间的相互作用。ｕｓｂ系统包括主控制器驱动程序、ｕｓｂ驱动程序、主机软件三部分，利用主控制器管理主机和ｕｓｂ设备之间的数据传输。客户负责管理与ｕｓｂ设备直接作用的全部软件。总之，整个ｕｓｂ主机系统可以提供以下功能：检测ｕｓｂ设备的连接和断开、管理主机与ｕｓｂ设备之间的标准控制流和数据流、收集状态和事务的统计信息、控制主控制器与ｕｓｂ设备之间的电气接口，如数据线有限功率的供给等。 图１也表示出ｕｓｂ主机系统与ｕｓｂ设备之间存在功能层、ｕｓｂ设备层、ｕｓｂ总线接口层三个逻辑层。ｕｓｂ总线接口层代表ｕｓｂ主控制器与ｕｓｂ总线接口之间的传输关系，在主机与设备之间提供物理、信号、信息包的连接；ｕｓｂ设备层代表ｕｓｂ系统软件和ｕｓｂ逻辑设备之间的传输关系，ｕｓｂ系统软件可以执行许多关键的和一般的功能，用于给定设备的传输特性；功能层代表客户软件与功能部件之间的关系，通过相应的匹配客户软件提供给主机额外的功能。虽然在ｕｓｂ设备层和功能层内都有各自的逻辑通信，但是实际的数据传输必须通过ｕｓｂ总线接口层完成。ｕｓｂ总线接口层提供ｕｓｂ数据的底层传输，即ｕｓｂ数据的传输最终还是发生在ｕｓｂ数据线上。 １．２ ｕｓｂ

２．０高速主机适配卡的设计框图

图２为利用ｎｅｃ公司的ｕｓｂ２．０主控制器 ｕｐｄ７２０１００ 所设计的基本电路框图。可以看出，ｕｓｂ２．０主控制器是一个核心芯片，可提供３２－ｂｉｔｓ ３３ｍｈｚ ｐｃｉ 总线接口，用于与主机ｐｃｉ总线接口的连接。它还包含两个开放主控制器ｏｈｃｉ ＃１、ｏｈｃｉ ＃２和一个增强主控制器ｅｈｃｉ，支持５个用于连接外围设备的下游端口。ｏｈｃｉ ＃１主控制器用于处理１、３、５三个端口全速和低速信号的传输，ｏｈｃｉ ＃２主控制器用于处理２、４两个端口全速和低速信号的传输，ｅｈｃｉ主控制器用于处理１、２、３、４、５五个端口高速信号的传输。仲裁器（ａｒｂｉｔｅｒ）用来选择ｏｈｃｉ ＃１、ｏｈｃｉ ＃２主控制器和ｅｈｃｉ主控制器。根集线器完成主控制器内集线器的功能，控制主控制器和５个端口之间的连接。物理层（ｐｈｙ）包含高速、全速和低速的收发器等。

５ｖ／３．３ｖ的降压调节器用于将ｐｃｉ总线提供的５ｖ电源转换成主控制器需要的３．３ｖ直流电源；系统时钟由３０ｍｈｚ晶振提供；电源控制开关提供短路和过流保护，而且每个下游端口都有各自的控制开关；串行ｅｅｐｒｏｍ用于存储子系统标识符、子系统厂商标识符等相关信息。

ｕｓｂ２．０高速主机适配卡，通过