基于 NXP LPC5528 平台的鼠标 High Speed USB 设计

关键字 :NXPLPC5528Mouse
  • 前言

在大数据分析下,当下电竞市场给我们的现象表明:全球游戏活跃玩家人数按年数快速增长,中国、亚太、美洲、欧洲等的玩家人数都成一定幅度增长,直接促进了全球游戏接口设备市场的总收益。本文将会给大家推出基于 NXP LPC5528 平台的 High Speed USB 设计,主要应用于 Gaming Mouse。

  • 环境搭建

2.1 SDK 及软件下载

本文基于 NXP LPC5528 IC,SDK 和软件可在 NXP 官网 https://mcuxpresso.nxp.com 下载,或者直接在 MCUXpreeso IDE 中下载,下载路径如以下图  1 及图 2:

                                      

图 1

图 2

先点击左边方框进入已下载 SDK 界面,然后点击右框中的小图标进入 SDK Install 界面,如下图 3:

在搜索栏输入 IC 型号即可找到你需要的 SDK 。

图 3

2.2 硬件参考

本文基于 LPC5528 官方板进行开发,官方板如图 4 所示:

图4

  • 开发软件

SDK 支持 IAR、Keil、MCUXpreeso IDE 三种开发软件、本文以 MCUXpreeso IDE 为开发环境作为介绍。

  • LPC55 系列电竞鼠标的优点

要实现高于 1K 的 Report Rate,由于全速 USB 最高只能达到 1K Report Rate,这是协议规定的。因此我们要用高速 USB 来实现高 ReportRate ,如 8K ReportRate。在高性能鼠标传感器配置下,随着 DPI(CPI)、IPS(追踪速率)、FPS(帧率)、G(加速度)的提高,鼠标的 USB 配置也需要得到提升,拥有 High Speed USB 这也是 LPC55 系列

鼠标的优点。

  • LPC5528 High-Speed USB 硬件设计

LPC5528 有一路 High-Speed USB(USB 2.0),可支持 8K 回报率,USB 的最大数据传输速率可达到 480Mbps。LPC5528 High-Speed USB 的原理图设计如下图 5:


图 5

LPC5528 的 High-Speed USB 要达到 8K ReportRate 对硬件设计的要求也是比较高的,需要按照 USB 设计特殊要求来实现。为什么高速 2.0 USB 在 layout 时候需要做 90ohm阻抗控制?USB 接口如果要用在传输数据,且速度在高速范畴时,需要对 PCB 上的 USB 接口数据线进行阻抗匹配,具体可以做 90 ohm 左右的差分阻抗设计,只针对传输数据的一对线;即 D+、D- 数据线。跟板载匹配阻抗有所不同,HIGH SPEED USB 的高速数据线 D+,D- 必须加 90 欧姆的阻抗匹配,增强信号的稳定性和数据的完整性。不同厂商的 USB 可能要进行兼容性的配置,即是匹配电阻值的调整。 如果速度要求不高,当然不做阻抗也问题不大,但是在高速场合,稳定和速度就有影响了。根据布线来确定PCB 层数,然后确定电、地平面,然后通过阻抗仿真软件确定走线宽度和间距以及 PCB 每层之间的层间距,就可以满足阻抗;保证 USB 两根数据线之间的高频阻抗为 90ohm。

另外给 PCB 板厂发板的时候,要求板厂进行阻抗控制。因为板厂所用的 PCB 基板可能不同。所以要求 PCB 板厂制板时候要重要调整一下两线之间的距离,以及线与地之间的距离。这需要与板厂进行沟通,必须给 High Speed USB 做阻抗匹配。在进行 PCB Layout 时,要按照走线要求对 USB 差分线进行特殊走线,控制线宽、线距以及线的长度、两根数据差分线之间的长度差值。网上所说的匹配电阻都是在全速和低速模式下的,低速 全速模式下为电压驱动的,驱动器具有一定输出阻抗(一般较小),USB 线的特性阻抗为 90ohm 所以要想源端与 USB 线匹配就需要串电阻,具体阻值是要根据驱动器的输出阻抗来决定的,即要求源端差分阻抗 = USB 线差分特性阻抗;而要终端匹配的话就需要并联电阻了(终端的阻抗一般很大),在驱动能力不强的情况下根本就没法实现;至于匹配电阻要放在源端还是终端,因为 USB 是双向的,所以要匹配源端的话则应串在源端,要匹配终端的话则并联放在终端。在低速和全速模式下是电压驱动的,驱动电压为 3.3V,但在高速模式下是电流驱动的,驱动电流为 17.78 mA,接入匹配电阻反而会降低信号的质量。所以对于 High Speed USB ,我们通常会使用 0 欧姆的匹配电阻,避免 USB 传输电流受到影响,但对于兼容性问题,我们可以对匹配电阻进行调整,以此来满足不同 USB 线的特殊需求。

  • 总结

本文主要提及 HIGH Speed USB 的硬件设计部分说明,并提供了软件开发环境说明,具体的软件开发可以参考博文《基于 NXP LPC5528 8K ReportRate 实现》。

USB 部分是有线鼠标最重要的部分,关系到供电部分以及和电脑的数据传输部分。在完成以上的软件开发环境搭建以及硬件设计之后,就可以进行 8K ReportRateGaming Mouse 的开发了。通过前面的讲解,我们对高速 USB 硬件设计有了更深入的了解,但是在实际的产品中,高速 USB 容易受到很多影响因素的干扰,硬件问题需要细心处理,仔细排查,而不是常常丈二摸不着头脑。硬件设计需要我们学习的还有很多,方法也要慢慢积累才行,经验都是从实际动手得来的。

  • 参考资料

【1】LPCXpresso55S28_Board_Schematic_RevA2,pdf

【2】LPC55S2X-LPC552X.pdf

【3】LPC55S6x/LPC55S2x/LPC552x User manual.pdf

技术文档

类型标题档案
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