[Circuit verified] USB3.0-HUB design based on VL813

# 基于VL813的USB3.0-HUB设计
前言：最近为给工位腾出更大的空间，将工位电脑放地上了。空间是大了，但带来的麻烦是每次插U盘或者插其他设备时需要钻到桌子下面，非常的难受。此时就需要有一个USB-HUB放桌面上。但在网上找了很久，发现很少有TYPE-C接口输入的USB-HUB，对于我来说没有TYPE-C接口那可不行。于是就有了自己做一个的想法。USB2.0的HUB太简单，做着没意思，就想着做一个支持TYPE-C接口输入的USB3.0-HUB。于是就有了下面的作品。
前期也是做了很多准备，也在立创开源论坛看过许多优秀设计。也是为我后期设计提供了重要的参考，在这里提出感谢！
## 一、简述
**VL813是一款先进的4端口USB 3.0集线器控制器。内部集成5V转3.3V，1.2V稳压器可节省BOM成本。并且每个端口都有接入指示灯。**
- 本方案使用TYPE-C接口作为数据以及电力输入，方便美观。
- 通过自动识别接口插入来切换供电。
- 电路中增加VL160用于Type-C正反插识别。
- 整板除接口外全使用单面贴片封装，方便使用加热台等方式贴片。
- 使用双面板制作，降低成本。虽然TYPE-C的高速线出线有交叉，但目前来看影响不是致命的。
## 二、版本及说明
- **VER1.0版本** 完成时间2022年11月20日 **有以下注意事项**
1、此版本电源切换电路存在一定缺陷，不过不妨碍使用。缺陷详见原理图，计划下个版本改进。
~~2、使用支持USB3.0的USB-A转TYPE-C的线，TYPE-C端不支持正反插检测。原因是USB-A接口无CC引脚，无法识别。一面最高支持到USB3.0，一面最高支持到USB2.0。~~
3、EEPROM用于存放固件升级，不焊接也不会影响使用。
4、阻抗按1.0mm板厚双层板设计，使用嘉立创的计算工具得到。为更好的阻抗匹配打样时请打样1.0mm的板厚。

- **VER1.1版本** 完成时间2022年12月09日 **有以下注意事项**
1、此版本只更新外壳设计，电路方案未做修改。3D打印文件已上传，外壳是否可用待验证。
2、更正VER1.0提及的第二点。之前只有一面USB3.0是芯片问题，焊接新的芯片后无论USBA-TypeC还是TypeC-TypeC都能实现双面USB3.0速度。
**_注意：需使用支持USB3.0及以上的线缆，一般手机充电线只支持USB2.0。_**
3、使用2.5寸硬盘测试过，在HUB不外接电源时读取速度能达到290M/S。2.5寸硬盘直接接电脑测速为280M/S左右。

- 后续待更新。。。。。。
## 三、外观
*下图是焊接好后的外观图片*
![外观.jpg]*下图是成品渲染图片*
![渲染2.jpg]## 四、测试
*下图是测试USB3.0以及USB2.0接口速率的结果*
![U盘测速.jpg]## 五、设计
### 1、USB3.0与USB2.0差异
- USB2.0的座子一般为白色，USB3.0的座子一般为蓝色。
- USB2.0只有一组差分线DP/DM。USB3.0有两组差分线TX_P&TX_N/RX_P&RX_N。
- USB3.0速率最高为480Mbps，而USB3.0根据不同Gen有不同速率，具体可见下图。
*下图是USB各代的速率及简介*
![USB各代.jpg]### 2、接口定义介绍
**刚开始做的时候被接口的定义整的云里雾里。在这里我将接口定义给贴出来，方便查看。**
*下图是USB-A 最高支持USB2.0的母头的引脚功能及定义。*
![USB-A-USB2.0.jpg]*下图是USB-A 最高支持USB3.0的母头的引脚功能及定义。*
![Usb-A-USB3.0.jpg]*下图是24Pin TYPE-C公头和母头的引脚功能及定义。*
![Type-C公.png]### 3、USB3.0设计注意事项

- **阻抗控制：** 建议USB3.0的差分阻抗控制90Ω误差10%，USB2.0差分阻抗控制90Ω误差10%。
- **时延控制：** 建议USB3.0差分对内需等长设计，误差小于5mil。USB2.0等长误差控制小于10mil。
- **隔直电容：** 建议选取0402以下封装电容，容值官方SPEC要求75nF-265nF之间，布局时靠近端子放置。
- **对内交叉：** USB3.0 的P/N如果走线上有交差，可以将差分对的P/N交换，USB3允许P/N反转。
### 4、其它设计知识
- **CC引脚：** Configuration Channel，通道配置引脚。这是 Type-C 的关键通道。它的作用有检测正反插、检测USB连接识别、提供多大电压和电流、USB设备间数据与VBUS的连接建立与管理等。市面上通用快充线与普通数据线（双Type-C接口）区别就在CC引脚。
- **DFP：** Downstream Facing Port，下行端口，可以理解为Host，DFP提供VBUS、数据。在协议规范中DFP特指数据的下行传输，笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。典型的DFP设备是电源适配器。
- **UFP：** Upstream Facing Port，上行端口，可以理解为Device，UFP从VBUS中取电，并可提供数据。典型的UFP设备是U盘，移动硬盘。
~~~~