上下行口交换突破了传统HUB固化端口功能的局限性,在端口拓展之上,允许HUB重构接入各方的角色关系,并为HUB赋予了共享USB设备的能力。总体上看,上下行口交换有以下三类常见应用:
智能终端、POS机和游戏掌机等电子产品常集成HUB功能,日常使用时,插入的U盘、键鼠都受到主控芯片的管理和控制。在智能终端连接电脑后,HUB进行上下行口交换,下行口反客为主,电脑通过原下行口获得整个系统的控制权,取代主控成为系统的控制中心:不但智能终端的主控芯片从主机变成设备,可以进行固件升级和文件访问,HUB上的键盘、鼠标、触摸板也成为电脑的外设。
上下行口交换除了改变端口的主从角色,还顺带改变了原有外设的从属关系。部分工控产品会集成键盘、摄像头和数据存储器,这些设备位于产品内部,经HUB连接至主控,为主控私有。在工控机连接电脑后,HUB上下行口交换,这些私有设备便脱离主控芯片的控制,成为电脑的外设,电脑还能给这些设备进行升级。
另一个典型场景是会议平板和会议电视。这类产品支持电脑和手机通过Type-C接口进行投屏。投屏后,会议平板自带的触摸、激光笔可直接操作电脑界面,插入会议平板的U盘也能被电脑访问。这就需要会议平板中的HUB执行上下行口交换,将系统内部的触摸、激光笔等外设和对外的USB下行口分享给外部电脑。
在部分双系统、子母系统的电子产品中,系统间时常进行数据传输与同步,也存在设备共享需求。在数据传输时,主导的系统成为主机,对端系统则成为设备。由于双方都可能主导通信,就需要灵活协调两边的角色关系。下图展示了带上下行口交换功能的HUB如何对调两个安卓系统的主机与设备关系,并实现跨系统的HUB共享。
理论上,普通HUB+USB3.0模拟开关CH482、CH483也能实现类似上下行口交换的功能。但对于5Gbps及更高速度的USB信号,模拟开关可能影响信号完整性。使用自带上下行口交换功能的HUB,不但节省模拟开关的成本、降低EMI、减小布线难度和PCB面积,也不用担心降低信号质量。
沁恒USB HUB基于自研USB PHY和控制器等专业技术,赋予了HUB反客为主的能力,原生支持上下行口交换,无需外接模拟开关,免去复杂走线,在保障眼图质量的同时,进一步节省了方案成本。上下行口交换操作简单,可通过引脚电平控制,也可通过组合逻辑实现自动交换。
4端口USB3.2 Gen1超高速USB HUB芯片CH634、7端口/4端口高速USB HUB芯片CH339、CH335等均支持上下行口交换。其中,CH634集成双USB PD PHY,原生支持Type-C正反插自动识别、PDHUB和Type-C电源15W快充。CH339集成以太网、SD读卡器、USB PD和USB转JTAG/UART/SPI/I2C功能。工业级设计,外围精简,除主线小封装型号,还提供多种客制化的引脚封装。
HUB应用少不了电源保护、ESD防护和隔离防护。沁恒为HUB等USB应用提供可调限流门限的USB配电开关芯片CH217、带限流功能的低压降理想二极管CH213和ESD防护芯片CH412。此外,部分HUB芯片搭配Type-C接口芯片CH211可实现28V高压PDHUB和扩展坞应用;高速USB信号隔离延长芯片CH318可搭配HUB芯片CH339、CH338实现USB等多接口的高压隔离和延长,并内置双口HUB。