otg

OTG通信协议简介

USBOTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理

（节省功耗）功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作（两用

OTG）。OTG两用设备完全符合USB2.0标准，并可提供一定的主机检

测能力，支持主机通令协议（HNP）和对话请求协议（SRP）。在OTG

中，初始主机设备称为A设备，外设称为B设备。可用电缆的连接方式来

决定初始角色。所示是用第5个ID脚确定默认主机的示意图，两用设备

使用新型mini-AB插座，从而使mini-A插头、mini-B插头和mini-AB插座

增添了第五个引脚（ID），以用于识别不同的电缆端点。mini-A插头中的

ID引脚接地，mini-B插头中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的

ID引脚时，表示默认的是A设备（主机），而检测到ID引脚浮着的设备

则认为是B设备（外设）。系统一旦连接后，OTG的角色还可以更换。

主机与外设采用新的HNP，A设备作为默认主机并提供VBUS电源，并

在检测到有设备连接时复位总线、枚举并配置B设备。OTG标准为USB

增添的第二个新协议称为对话请求协议（SRP）。SRP允许B设备请求A

设备打开VBUS电源并启动一次对话。一次OTG对话可通过A设备提供

VBUS电源的时间来确定（注：A设备总是为VBUS供电，即使作为外设）。

也可通过A设备关闭VBUS电源来结束一次会话以节省功耗，这在电池供

电产品中是非常重要的。例如，在两台蜂窝电话通过连接互相交换信息时，

一台连接在费电的mini-A端，是A设备，默认为主机。另一台是B设备，

默认为外设。当在不需要USB通信时，A设备可以关闭VBUS线，此时

B设备就会检测到该状态并进入低功耗模式。

主机协商协议

在USB标准中，主机采用A型接口，称为A类设备(A-Device)；外

设采用B型接口，称为B类设备(B-Device)。1个DRD既可以作为主机,

也可以作为外设。那么，当2个DRD互连时，哪个设备作为主机，为什

么要作为主机?为了解决这两个问题，在OTG中提出了新的协议——主机

协商协议(HNP)。在OTG中还定义了一种新的接口——微型AB插座

(mini-ABreceptacle)以及微型A插头(mi-ni-Aplug)和微型B插头(mini-B

plug)。在微型AB插座、微型A插头和微型B插头中增加了1个引脚——ID

引脚，如图l所示。主机协商协议(HNP)

在微型A插头中，ID引脚接地，在微型B插头中，ID引脚悬空。在

OTG中，如果设备的ID引脚接地(即mini-A插头连接的设备，右侧的设

备)，则此设备默认为主机，否则为外设。同时，在设备连接使用过程中，

通过主机协商协议，允许主机和外设功能互换。左边的B-Device为1个

手持PDA，右边的A-Device为1个打印机。由于连接线的关系，打印机

初始化为主机。但是打印机的驱动程序存在PDA中，这时需要PDA作为

主机，打印机作为外设。通过HNP可以方便实现此功能，而不必拔下连

接线调换插头方向，重新连接打印机和PDA。

会话请求协议

OTG收发器一般用在嵌入式设备中，这类设备普遍采用电池供电，对

功耗要求很严。为了节省电源，在OTG标准中，当电源总线没有使用时，

允许A类设备挂起电源总线。当1个B类设备要工作时，它必须通过某种

方法通知A类设备向电源总线供电。为了实现这一功能，在OTG中提出

了会话请求协议(SRP)。在OTG中，1个会话定义为A类设备向电源总线

VBUS有效供电的时间。需要注意的是，在OTG中电源一直都是由A类

设备(连接mini-Aplug的DRD)提供的。由于主机协商协议，A类设备也可

能作为外设使用，此时，电源也必须由A类设备提供。当A类设备挂起

VBUS后，B类设备进入休眠状态。当B类设备需要再次工作时，它可以

通过向数据线发送1个脉冲信号(Data-linePulsing)或向电源总线发送一个

脉冲信号(VBUSPulsing)来请求A类设备向电源总线供电。OTG要求无论

是DRD设备还是普通的B类设备，都必须具有发送会话请求的功能；同

时，普通的A类设备或者DRD设备都必须能够响应1个会话请求。

OTG功能的构建

电路给出了构建OTG功能时需要在基础USB外设上添加的电路，电

路中的通用串行总线控制器可以是一个微处理器和USBSIE（串口引擎），

也可以是集成的μP/USB芯片或与USB收发器相连的ASIC。为总线提供

电源的外部设备需要一路3.3V稳压输出供电电压，以便为逻辑电路和连

接在D+、D-引脚的1500Ω电阻提供电源。通过D+、D-引脚上的上拉电

阻可向主机发出设备已连接的信号，并指示设备的工作速度。电阻上拉至

D+表示全速运行，电阻上拉至D-表示低速运行。其它端点（包括D+和

D-的15kΩ下拉电阻）用于检测上拉电阻的状态。由于USB设计需要提

供热插拔功能。因此，其ESD保护电路主要用于为D+、D-和VBUS引脚

提供保护。

为了增加OTG的两用功能，必须扩充收发器功能来使OTG设备既可

作为主机使用，也可以作为外设使用。而要实现上述功能，就需要在图3

所示电路中添加D+和D-端的15kΩ下拉电阻并为VBUS提供供电电源。

此外，收发器还需要具备以下三个条件：

（1）可切换D+/D-线上的上拉和下拉电阻，以提供外设和主机功能。

（2）作为A设备时，需要具有VBUS监视和供电电路；作为B设备

初始化SRP时，需要监视和触发VBUS。

（3）具有ID输入引脚。

作为两用OTG设备，ASIC、DSP或其它与收发器连接的电路必须具

备充当外设和主机的功能，并应按照HNP协议转换其角色。

收发器所需添加的大多数电路用于VBUS引脚的管理。作为主机，它

必须能够提供5V、输出电流可达8mA的电源。图3中的模拟开关用于配

置收发器的各种功能。

ASIC和控制器还必须包含USB主机逻辑控制功能，包括发送SOF

（帧启动）包、发送配置u36755输入u36755输出数据包，在USB1mc

帧内确定传输进程、发送USB复位信号、提供USB电源管理等。

USBOTG方案

MAX3301E是Maxim公司研制的一款USBOTG收发器，该器件集

成有电荷泵，可将PDA、蜂窝电话和数码相机等移动设备与USB外设直

接连接而无需PC机的参与。采用MAX3301E和一个嵌入式USB主机，

就可直接将诸如打印机或外部硬盘驱动器这样的外设连接。MAX3301E内

部包括USBOTG收发器、UBUS电荷泵、线性稳压器和I2C2线串行接

口。内部电平转换器使MAX3301E能够与采用+1.65至+3.6V逻辑电源电

压的器件连接。MAX3301E中的电荷泵工作在+3V至+4.5V输入电源下，

可产生符合OTG要求的VBUS输出，且输出电流大于8mA。该器件可利

用内部比较器控制并测量VBUS，同时支持USBOTGSRP和HNP。