MAX3421E USB外设/主机控制器，SPI接口技术手册

概述
MAX3421E USB外设/主机控制器包含了实现USB规范2.0全速USB外设或全速/低速主机所需的数字逻辑电路和模拟电路。内置收发器具有±15kV ESD保护和可编程的USB连接和断开特性。内部串行接口引擎(SIE)处理底层USB协议，如错误校验和总线重试。通过频率高达26MHz的SPI™接口访问寄存器组，实现MAX3421E的控制。利用简易的3线或4线SPI接口，可为任何SPI主机(微处理器、ASIC和DSP等)增添USB外设或主机功能。

当MAX3421E作为USB主机工作时，可将大量USB外设与各种微处理器、ASIC或DSP连接起来。对于点到点解决方案，例如，嵌入式系统的USB键盘和鼠标接口，由于仅需一个目标器件，因此可大大简化运行MAX3421E的固件。

内部电平转换器允许SPI接口工作在1.4V至3.6V的系统电压。MAX3421E内部执行USB定时操作，并在操作完成后提供中断，因此，SPI主机无需定时器来满足USB的定时要求。MAX3421E包括8个通用输入/输出，所有采用I/O引脚实现SPI接口的微处理器都能再次利用I/O引脚，获得额外的输入、输出端口。

MAX3421E工作在扩展级-40°C至+85°C温度范围，采用32引脚TQFP封装(5mm x 5mm)和32引脚TQFN封装(5mm x 5mm)。
数据表：*附件：MAX3421E USB外设 主机控制器，SPI接口技术手册.pdf

应用

• 照相机
• 定制USB设备
• 台式路由器
• 嵌入式系统
• 仪表
• 医疗设备
• 微处理器和DSP
• MP3播放器
• PDA
• PLC
• 机顶盒

特性

• 独立于微处理器的USB解决方案
• 与带有SPI接口的MAX3420E USB外设控制软件兼容
• 符合USB 2.0规范(全速12Mbps外设、全速/低速12Mbps/1.5Mbps主机)
• 内置USB收发器
• 固件/硬件控制内部D+上拉电阻(外设模式)和D+/D-下拉电阻(主机模式)
• 可编程3线或4线26MHz SPI接口
• 电平转换器和VL输入实现系统接口电压的转换
• 内部比较器检测V BUS ，用于自供电外设应用
• D+、D-和VBCOMP具有ESD保护功能
• 中断输出引脚(电平或可编程边沿)，可实现轮询或中断驱动的SPI接口
• 8路通用输入和8路通用输出
• 中断信号用于通用输入引脚、可编程边沿极性
• 智能USB SIE
• 自动处理USB流量控制和双缓冲
• 处理底层USB信令
• 内部定时器用于USB定时操作，SPI主机无需定时
• 节省空间的无铅TQFP和TQFN封装(5mm x 5mm)

典型应用电路

引脚配置描述

典型应用电路（续）

MAX3421E有两个特性使其易于连接大型快速芯片，如ASIC和DSP（图2）。第一，SPI接口可在高达26MHz的频率下进行时钟控制。第二，VL引脚和内部电平转换器允许系统接口在低于VCC所需3.3V的电压下运行。

MAX3421E为USB接口的电气隔离提供了理想的方法（图3）。USB采用流量控制，MAX3421E会自动用NAK握手响应主机请求，直到微处理器完成SPI端口上的数据传输操作。这意味着SPI接口可以在高达26MHz的任何频率下运行。因此，设计者可以自由选择接口的工作频率，并选择最适合成本或性能的光隔离器。

图4展示了MAX3421E作为USB主机运行的系统框图。USB主机通过“ A” 连接器为USB外设提供5V电源。为外部外设供电的系统应在电源引脚上使用过流保护，以防止外部过流情况损坏系统。VBus开关（如MAX4789）提供电源控制以及其他功能：它限制提供给外设的电流（例如200mA），并向SPI控制器指示过流情况。美信（Maxim）提供各种VBus开关，具有不同的电流限制和特性。有关详细信息，请访问美信网站。

一个3.3V稳压器（例如MAX6349TL）为MAX3421E供电，也可选择为系统控制器供电。如果系统控制器以较低电压运行，MAX3421E的SPI和I/O接口可以通过将系统电压（例如2.5V或1.8V）连接到MAX3421E的VL引脚，在较低电压下运行。

寄存器说明

SPI主设备通过读取或写入26个外设模式寄存器（见表1）以及在主机模式下读取和写入23个寄存器（见表2）来控制MAX3421E。设置MODE2寄存器中的HOST（R27）位可配置MAX3421E的操作模式。当作为USB主机运行时，MAX3421E与MAX3420E兼容，其他功能详见注1b。如需完整的寄存器内容描述，请参考美信网站上的《MAX3421E编程指南》。

寄存器访问由SPI主设备发起，首先写入SPI命令字节，接着读取或写入地址内容。所有SPI传输均以命令字节的MSB开始。命令字节包含寄存器地址、方向位（读 = 0，写 = 1）以及ACKSTAT位（图5）。SPI主设备通过命令字节的二进制值写入MAX3421E寄存器。例如，要访问IOPINS（R20）寄存器，需通过Reg4至Reg0位进行如下操作：Reg4 = 1，Reg3 = 0，Reg2 = 1，Reg1 = 0，Reg0 = 0。DIR（方向）位决定数据传输方向。DIR = 1表示数据字节写入寄存器，DIR = 0表示数据字节从寄存器读取。ACKSTAT（应答状态）位是EPSTALLS（R9）寄存器中外设模式下的应答位。SPI主设备设置该位以表明传输已完成。由于该位经常使用，将其置于SPI命令字节中可提高固件效率。主机模式下ACKSTAT位被忽略。在SPI全双工模式下，MAX3421E时钟输出八个额外的位，作为命令字节的补充（图6、7）。在半双工模式下，这些状态位用作地址位。

前五个寄存器（R0 - R4）在MAX3421E的外设模式和主机模式下均可访问。重复访问这些寄存器会冻结内部地址，以便在一次SPI访问中写入或读取多个字节（前提是SS保持低电平）。访问寄存器R5 - R19时，每次内部寄存器访问在SPI传输期间会递增。访问R20会冻结对该寄存器的访问，访问R21 - R31会冻结对R31的访问，重复访问R31仍会冻结在R31。

表1和表2展示了在外设模式和主机模式下适用的寄存器位。未特别提及的寄存器位均显示为零。这些读取为零值的寄存器位不应写入逻辑1。

外设模式下的寄存器映射

MAX3421E保持与MAX3420E在外设模式下运行时的寄存器兼容性（MAX3421E的HOST位默认设置为0 ）。关于MAX3420E的固件无需修改即可在MAX3421E上运行。新的寄存器设置在表1底部的注1b中有说明。

主机模式下的寄存器映射

如表2所示，在主机模式（HOST = 1）下，部分MAX3420E寄存器会重命名（如R1变为RCVIFIFO），部分不再使用（显示为零），部分仍适用于主机模式。此外，11个寄存器（R21 - R31）支持USB主机功能。