全球NO.1的總線控制器是？從數(shù)據(jù)看恐怖的壟斷企業(yè)

提到總線控制器，因每個(gè)人接觸的領(lǐng)域不同，可能第一時(shí)間想到的總線定義都不同。有的想到的是 RS485 總線，有的是 RS232 總線，有的是 CAN 總線，有的是 PCI 總線，但是有一點(diǎn)是共同的，總線千千萬，通信掉線時(shí)常有。如何讓你的總線接口在通信時(shí)候不翻車？除了可靠的硬件電路設(shè)計(jì)，你還得需要可靠的總線控制器芯片，來看看全球頂級的產(chǎn)品設(shè)計(jì)公司都在選些什么總線控制器。

下圖是節(jié)選至目前 Bom2buy （由 Findchips 上權(quán)威的數(shù)據(jù)提供支持）展示的總線控制器 TOP 10 熱度排行榜。

從器件排行榜上可以看到目前熱度最高的總線控制器為 FTDI 公司的 FT232RL-REEL，而 TOP 10 排行中 FTDI 占據(jù)了 3 個(gè)位置，據(jù)此不難推測出兩點(diǎn)：FTDI 的產(chǎn)品受到用戶認(rèn)可；USB 轉(zhuǎn)串口的市場需求非常大，畢竟 FTDI 的這 3 款器件都是 USB 轉(zhuǎn)串口功能。

其次的話，Silicon labs 以及 Microchip 的 USB 轉(zhuǎn)串口器件也占據(jù)了 TOP10 榜單的 3 個(gè)名額，再一次驗(yàn)證了全球使用頻率最高的總線接口莫過于 USB 轉(zhuǎn)串口了。最后剩下的都是博通的 PCI 接口，這種總線接口在工業(yè)、服務(wù)器、云存儲(chǔ)等領(lǐng)域就用的比較多了，所以同樣牢牢占據(jù)前 10 的寶座，但是都是屬于同一家公司的產(chǎn)品，這就非?？植懒耍绻粡臄?shù)據(jù)上來看，基本屬于行業(yè)壟斷了。

那么問題來了，這個(gè)數(shù)據(jù)是否可靠？相信即便我不問，有大批同志要噴了，“我大中國幾塊錢的 USB 轉(zhuǎn)串口芯片不香嘛，為什么沒上榜？這 30 多塊錢一顆的能排第一？”

言之有理。據(jù)我推測，這個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)該是不包含國產(chǎn)器件的，所以，在國內(nèi)非常熱門的 USB 轉(zhuǎn)串口芯片如 CH340、PL2303 都不在榜內(nèi)。但是，無論作為采購人員還是硬件工程師，產(chǎn)品設(shè)計(jì)選型永遠(yuǎn)不會(huì)只考慮價(jià)格。雖然說這個(gè)榜單中的 FT232 價(jià)格貴，但勝在穩(wěn)定可靠，所以即便貴，還是在很多 USB 轉(zhuǎn)串口、編程器中使用這種方案。而像 CH340 這種雖然很便宜，確實(shí)也適合簡單、低成本的 USB 轉(zhuǎn)串口電路中，但是一旦波特率達(dá)到 115200，可能就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定，延遲等問題?？傊痪湓?，適合的才是最優(yōu)的。所以無論是國產(chǎn)還是國外產(chǎn)，其實(shí)殊途同歸，最終還是為產(chǎn)品服務(wù)。你需要更穩(wěn)定可靠，性能更高的，那就選高端一點(diǎn)；如果本身就是走性價(jià)比路線，對性能無要求，那么便宜到白菜價(jià)的國產(chǎn)轉(zhuǎn)串口芯片仍舊是首選。

回到本文的話題上，有一點(diǎn)是很明確，無論選擇國內(nèi)還是國外的器件，USB 轉(zhuǎn)串口芯片是所有總線接口中需求量最大的，為何有這么大的需求量？都可以應(yīng)用在哪些地方呢？

就以占據(jù)“國外”熱門器件榜首 FT232RL 為例，來看看 USB 轉(zhuǎn)串口芯片的應(yīng)用方向。

作為 FT232 這顆器件最基本的應(yīng)用功能，當(dāng)然是 USB 轉(zhuǎn) RS232 接口了，其硬件電路設(shè)計(jì)如下圖所示。

在 FT232R 的串行 UART 接口上使用 TTL 到 RS232 電平轉(zhuǎn)換器 IC，將 FT232R 的 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232 電平?？梢允褂媚壳巴ㄓ玫摹?213”系列 TTL 到 RS232 電平轉(zhuǎn)換器來完成此電平轉(zhuǎn)換。這些“ 213”器件通常有 4 個(gè)發(fā)射器和 5 個(gè)接收器，并具有內(nèi)置電壓轉(zhuǎn)換器，可將+ 5V（標(biāo)稱）VCC 轉(zhuǎn)換為 RS232 所需的+/- 9V。這些設(shè)備的一個(gè)有用功能是 SHDN＃引腳，該引腳可用于在 USB 掛起模式下將設(shè)備斷電至低靜態(tài)電流。

比如 Sipex SP213EHCA，這就是一款非常合適的電平轉(zhuǎn)換 IC，它能夠以高達(dá) 500k 的波特率進(jìn)行 RS232 通信。如果可接受較低的波特率，則可以使用幾種 pin-to-pin 的替代產(chǎn)品，例如 Sipex SP213ECA，美信 MAX213CAI 和 ADI ADM213E，它們都適用于最高 115.2k 波特率的通信。如果需要更高的波特率，美信 MAX3245CAI 器件可支持高達(dá) 1M 波特率的 RS232 通信速率。需要注意的是，MAX3245 與 213 系列器件的引腳不兼容，MAX 器件的 SHDN 引腳為高電平有效，應(yīng)連接至 PWREN＃引腳而不是 SLEEP＃引腳。

在上面的示例中，CBUS0 和 CBUS1 已配置為 TXLED＃和 RXLED＃，并用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè) LED。

其次，我們再通過 RS485 收發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn) USB 轉(zhuǎn) RS485 接口。

在此應(yīng)用中，在 FT232R 的串行 UART 接口上使用 TTL 到 RS485 電平轉(zhuǎn)換器 IC（Sipex SP481）將 FT232R 的 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS485 電平。SP481 是基于 8 引腳 SOP 封裝的 RS485 器件，在發(fā)送器和接收器上都有單獨(dú)的啟用。使用 RS485 時(shí)，僅在從 UART 發(fā)送字符時(shí)啟用發(fā)送器。正是出于此目的，提供了 FT232R 上的 TXDEN 信號 CBUS 引腳選件，因此，發(fā)送器使能端已連接到已配置為 TXDEN 的 CBUS2。同樣，CBUS3 已配置為 PWREN＃。該信號用于控制 SP481 的接收器使能。接收器使能為低電平有效，因此在 USB 掛起模式下，它連接至 PWREN＃引腳以禁用接收器。 CBUS2 = TXDEN 和 CBUS3 =?? PWREN＃是 FT232R 引腳的默認(rèn)設(shè)備配置。

再者，USB 轉(zhuǎn) RS422 接口電路。

在此應(yīng)用中，F(xiàn)T232R 的串行 UART 接口上使用了兩個(gè) TTL 到 RS422 電平轉(zhuǎn)換器 IC，以將 FT232R 的 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS422 電平。同樣市面上還是有很多合適的電平轉(zhuǎn)換器。比如上圖中使用在發(fā)送器和接收器上的 Sipex SP491。由于 SP491 發(fā)送器使能處于高電平有效，因此它以 SLEEP＃配置連接到 CBUS 引腳。 SP491 接收器使能為低電平有效，因此連接到 CBUS 引腳 PWREN＃配置。這樣可以確保在同時(shí)啟用 SP491 發(fā)射器和接收器時(shí)，設(shè)備處于活動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)設(shè)備處于 USB 掛起模式時(shí)，將禁用 SP491 發(fā)射器和接收器。

如果使用類似的應(yīng)用，但設(shè)計(jì)是由 USB BUS 供電的，則可能有必要在 SP491 器件的 VCC 線中使用 P 通道邏輯電平 MOSFET（由 PWREN?？刂疲源_保 USB 待機(jī)電流為滿足 2.5mA。 SP491 被指定以最高 5 M 波特率的速率發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在此示例中，F(xiàn)T232R 將最大數(shù)據(jù)速率限制為 3 M 波特率。

或者還有 USB 轉(zhuǎn) MCU 的串口應(yīng)用。

在此應(yīng)用中，F(xiàn)T232R 使用 TXD 和 RXD 進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，并使用 RTS＃/ CTS＃信號進(jìn)行硬件握手。 同樣在此示例中，CBUS0 已配置為 12MHz 輸出作為 MCU 時(shí)鐘。其它的話 RI?？梢赃B接到 MCU 上的另一個(gè) I/O 引腳，并用于將 USB 主機(jī)控制器從掛起模式喚醒。 如果 MCU 正在處理電源管理功能，則可以將 CBUS 引腳配置為 PWREN＃，并將其連接到 MCU 的 I/O 引腳。

作為總線控制器中熱度榜 NO.1 的器件，F(xiàn)T232R 還是可圈可點(diǎn)的，可以施展的應(yīng)用空間較多，在每個(gè)產(chǎn)品中的應(yīng)用功能也可以靈活調(diào)整，但是萬變不離其宗，我認(rèn)為最核心的地方還是依托于現(xiàn)在生態(tài)龐大的 USB 接口，因而衍生出這種足以稱為電路奇跡的 USB 轉(zhuǎn)串口控制器。