基于ZU+系列MPSoC芯片的USB3.0/2.0接口硬件设计

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）