OTG

OTG

OTG是On-The-Go的縮寫,是近年發展起來的技術,2001年12月18日由USB Implementers Forum公布,主要套用於各種不同的設備或移動設備間的聯接,進行數據交換。 特別是Pad、行動電話、消費類設備。改變如數位照相機、攝像機、印表機等設備間多種不同制式連線器,多達7種制式的存儲卡間數據交換的不便。2014年左右開始在市場普及。

基本信息

產生背景

USB技術的發展,使得PC和周邊設備能夠通過簡單的方式、適度的製造成本,將各種數據傳輸速度的設備連線在一起。上述我們提到的套用,都是通過USB連線到PC,並在PC的控制下進行數據交換。

但這種方便的交換方式,一旦離開了PC,各設備間無法利用USB口進行操作,因為沒有一個從設備能夠充當PC一樣的主機。

作用

OTG技術就是在沒有Host的情況下,實現設備間的數據傳送。例如數位相機直接連線到印表機上,通過OTG技術,連線兩台設備間的USB口,將拍出的相片立即列印出來;也可以將數位照相機中的數據,通過OTG傳送到USB接口的移動硬碟上,野外操作就沒有必要攜帶價格昂貴的存儲卡,或者背一個便攜電腦。

通過OTG技術,可以給智慧型終端擴展USB接口配件以豐富智慧型終端的功能,比如擴展遙控器配件,把手機、平板變成萬能遙控器使用。

分類

根據USB接口所屬協定,OTG可分為3類:

USB2.0 OTG

Micro 5PIN OTG:常見安卓手機OTG接口

Mini 5PIN OTG:常見安卓平板OTG接口

Micro USB3.0 OTG:三星Note3、Galaxy S5等在2016年以前的安卓手機OTG接口

Type C OTG:見三星Note 8、Galaxy S8,樂視,華為等在2016年以後的安卓手機OTG接口

原理

設計原理

隨著PDA、行動電話、數位相機、印表機等消費類產品的普及,用於這些設備與電腦,或設備與設備之間的高速數據傳輸技術越來越受到人們的關注, IEEE1394和USB是用於此類傳輸的兩個主要標準。

這兩個標準都提供即插即用和熱插拔功能,都可以向外提供電源,也都支持多個設備的連線。其中 IEEE1394支持較高的數據傳輸速度,但相對比較複雜、價格較高,主要用於需要高速通信的AV產品;而最初的USB標準主要面向低速數據傳輸的套用,其中USB1.1支持1.5Mbps和12Mbps的傳輸速率,被廣泛用於傳輸速率要求不高的PC機外設,如:鍵盤、滑鼠等。USB2.0標準的推出使 USB的傳輸速度達到480Mbps。而USB OTG技術的推出則可實現沒有主機時設備與設備之間的數據傳輸。例如:數位相機可以直接與印表機連線並列印照片,從而拓展了USB技術的套用範圍。

相關原理

大家都知道自從1996年USB傳輸協定的誕生,並以其優勢很快的風靡了所有計算機外設以及數碼設備,大家都知道USB設備分為HOST(主設備)和SLAVE(從設備),只有當一台HOST與一台SLAVE連線時才能實現數據的傳輸,OTG設備就是我們的“EX”既能充當HOST,亦能充當SLAVE。

通信協定

OTG OTG

USB OTG標準在完全兼容USB2.0標準的基礎上,增添了電源管理(節省功耗)功能,它允許設備既可作為主機,也可作為外設操作(兩用OTG)。 OTG兩用設備完全符合USB2.0標準,並可提供一定的主機檢測能力,支持主機通令協定(HNP)和對話請求協定(SRP)。在OTG中,初始主機設備稱為A設備,外設稱為B設備。可用電纜的連線方式來決定初始角色。圖1所示是用第5個ID腳確定默認主機的示意圖,兩用設備使用新型mini-AB插座,從而使mini-A插頭、mini-B插頭和mini-AB插座增添了第五個引腳(ID),以用於識別不同的電纜端點。mini-A插頭中的ID引腳接地,mini-B插頭中的ID引腳浮空。當OTG設備檢測到接地的ID引腳時,表示默認的是A設備(主機),而檢測到ID引腳浮著的設備則認為是B設備(外設)。系統一旦連線後,OTG的角色還可以更換。主機與外設採用新的HNP,A設備作為默認主機並提供VBUS電源,並在檢測到有設備連線時復位匯流排、枚舉並配置B設備。OTG標準為USB增添的第二個新協定稱為對話請求協定(SRP)。SRP允許B設備請求A設備打開VBUS電源並啟動一次對話。一次OTG對話可通過A設備提供VBUS電源的時間來確定(註:A設備總是為VBUS供電,即使作為外設)。也可通過A設備關閉VBUS電源來結束一次會話以節省功耗,這在電池供電產品中是非常重要的。例如,在兩台蜂窩電話通過連線互相交換信息時,一台連線在費電的mini-A端,是A設備,默認為主機。另一台是B設備,默認為外設。當在不需要USB通信時,A設備可以關閉VBUS線,此時B設備就會檢測到該狀態並進入低功耗模式。

主機協商協定

協定 協定

在USB標準中,主機採用A型接口,稱為A類設備(A-Device);外設採用B型接口,稱為B類設備(B-Device)。1個DRD既可以作為主機,也可以作為外設。那么,當2個DRD互連時,哪個設備作為主機,為什麼要作為主機?為了解決這兩個問題,在OTG中提出了新的協定——主機協商協定(HNP)。在OTG中還定義了一種新的接口——微型AB插座(mini-AB receptacle)以及微型A插頭(mi-ni-A plug)和微型B插頭(mini-B plug)。在微型AB插座、微型A插頭和微型B插頭中增加了1個引腳——ID引腳,如圖l所示。 主機協商協定(HNP)

在微型A插頭中,ID引腳接地,在微型B插頭中,ID引腳懸空。在OTG中,如果設備的ID引腳接地(即mini-A插頭連線的設備,如圖l右側的設備),則此設備默認為主機,否則為外設。同時,在設備連線使用過程中,通過主機協商協定,允許主機和外設功能互換。例如,假設圖1左邊的B-Device為1個手持PDA,右邊的A-Device為1個印表機。由於連線線的關係,印表機初始化為主機。但是印表機的驅動程式存在PDA中,這時需要PDA作為主機,印表機作為外設。通過HNP可以方便實現此功能,而不必拔下連線線調換插頭方向,重新連線印表機和PDA。

會話請求協定

OTG OTG

OTG收發器一般用在嵌入式設備中,這類設備普遍採用電池供電,對功耗要求很嚴。為了節省電源,在OTG標準中,當電源匯流排沒有使用時,允許A類設備掛起電源匯流排。當1個B類設備要工作時,它必須通過某種方法通知A類設備向電源匯流排供電。為了實現這一功能,在OTG中提出了 會話請求協定(SRP)。在OTG中,1個會話定義為A類設備向電源匯流排VBUS有效供電的時間。需要注意的是,在OTG中電源一直都是由A類設備(連線mini-Aplug的DRD)提供的。由於主機協商協定,A類設備也可能作為外設使用,此時,電源也必須由A類設備提供。當A類設備掛起VBUS後,B類設備進入休眠狀態。當B類設備需要再次工作時,它可以通過向數據線傳送1個脈衝信號(Data-linePulsing)或向電源匯流排傳送一個脈衝信號(VBUSPulsing)來請求A類設備向電源匯流排供電。OTG要求無論是DRD設備還是普通的B類設備,都必須具有傳送會話請求的功能;同時,普通的A類設備或者DRD設備都必須能夠回響1個會話請求。

OTG功能構建

圖3 圖3

圖3 所示電路給出了構建OTG功能時需要在基礎USB外設上添加的電路,電路中的通用串列匯流排控制器可以是一個微處理器和USB SIE(串口引擎),也可以是集成的μP/USB晶片或與USB收發器相連的ASIC。為匯流排提供電源的外部設備需要一路3.3V穩壓輸出供電電壓,以便為邏輯電路和連線在D+、D-引腳的1500Ω電阻提供電源。通過D+、D-引腳上的上拉電阻可向主機發出設備已連線的信號,並指示設備的工作速度。電阻上拉至D+表示全速運行,電阻上拉至D-表示低速運行。其它端點(包括D+和D-的15kΩ下拉電阻)用於檢測上拉電阻的狀態。由於USB設計需要提供熱插拔功能。因此,其ESD保護電路主要用於為D+、D-和VBUS引腳提供保護。

為了增加OTG的兩用功能,必須擴充收發器功能來使OTG設備既可作為主機使用,也可以作為外設使用。而要實現上述功能,就需要在圖3所示電路中添加D+和D-端的15kΩ下拉電阻並為VBUS提供供電電源。此外,收發器還需要具備以下三個條件:

(1)可切換D+/D-線上的上拉和下拉電阻,以提供外設和主機功能。

(2)作為A設備時,需要具有VBUS監視和供電電路;作為B設備初始化SRP時,需要監視和觸發VBUS。

(3)具有ID輸入引腳。

作為兩用OTG設備,ASIC、DSP或其它與收發器連線的電路必須具備充當外設和主機的功能,並應按照HNP協定轉換其角色。

收發器所需添加的大多數電路用於VBUS引腳的管理。作為主機,它必須能夠提供5V、輸出電流可達8mA的電源。圖3中的模擬開關用於配置收發器的各種功能。

ASIC和控制器還必須包含USB主機邏輯控制功能,包括傳送SOF(幀啟動)包、傳送配置\u36755輸入\u36755輸出數據包,在USB 1 msec幀內確定傳輸進程、傳送USB復位信號、提供USB電源管理等。

OTG線功能的使用

OTG的使用非常簡單,具體跟設備有點關係,但都大同小異,操作步驟如下圖:

OTG OTG
OTG OTG

發展由來

由來

自1996 年USB1.0規範以後,USB-IF(Universal Serial Bus Implementers Forums)又陸續公布了USB2.0和 USB OTG等幾個規範,其中USB2.0的傳輸頻寬達到480Mbps,而USB OTG更使USB裝置擺脫了原來主從架構的限制,實現了端對端的傳輸模式,隨著USB規範的不斷完善,USB的套用領域也得到了拓展。USB誕生的初衷是簡化電腦和其外設的連線,最早是用在鍵盤和滑鼠上,USB的套用已經從PC外設跨越到了消費電子產品和通信電子產品領域,最顯著的套用是在數位相機等消費電子產品上。USB低功耗、便於連線和高速傳輸的特性已經使它成為一個可方便套用的架構,它與其他技術結合便誕生出新的套用。如在移動存儲領域,USB與快閃記憶體結合,創造性催生了廣為流行的移動存儲設備-隨身碟。

發展

“In-stat/MDR於今年2月的統計資料也顯示,未來幾年USB2.0 OTG接口的周邊設備將從2002年的11萬台增長至2007年的1.68億台,增長1527倍。可以看出,隨著外圍設備的多樣化與高速傳輸的需求, USB 2.0 OTG的後續發展態勢十分樂觀。” 從業界套用來看,目前已有多家公司宣布將為其產品配置USB OTG功能。可以預見,USB OTG會成為未來電子產品的基本配置功能。

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