FTDI USB Hi-Speed Serial/Hub Module：功能强大的USB接口扩展利器

在电子设计领域，USB接口的扩展和应用一直是工程师们关注的重点。今天，我们就来深入了解一下Future Technology Devices International Ltd（FTDI）推出的基于FT4232H的USB Hi-Speed Serial/Hub Module，看看它如何为我们的设计带来便利。

文件下载：FT-MOD-4232HUB.pdf

1. 模块概述

1.1 功能用途

FT4232H基于的USB Hi-Speed Serial/Hub Module主要用于连接FTDI V2DIPx模块，以扩展接口数量。不过，它的应用并不局限于此，还能作为集线器设备或FT4232H评估模块使用。该模块配备了USB 2.0 Hi-Speed集线器芯片，支持最多三个外部下游USB端口，其中两个通过双USB连接器连接，一个通过DIL连接器引脚连接。同时，借助FT4232H USB Hi-Speed四端口桥接芯片处理所有USB信号和协议，模块可轻松支持多达4个灵活的接口端口，非常适合用于快速验证目标设计中添加USB功能的开发工作。

1.2 关键芯片

• GL850G USB 2.0集线器控制器：提供了一种低成本且广泛使用的USB 2.0集线器解决方案，可提供多达4个下游USB端口。它是一个全功能解决方案，支持单独/组合电源管理模式和双色（绿色/琥珀色）状态LED，还可以与外部EEPROM配合使用，用于自定义PID/VID和其他更复杂的设置。
• FT4232H：FTDI的第五代USB设备，是一款USB 2.0 Hi-Speed（480Mb/s）到UART/MPSSE的集成电路。它具有四个接口，可配置用于异步或同步串行通信，其中两个接口可以通过MPSSE引擎独立配置，使其能够作为两个UART/BitBang端口和两个MPSSE引擎运行，可用于模拟JTAG、SPI、I2C、Bit-bang或其他同步串行模式。

2. 典型应用

2.1 具体应用场景

• FTDI V2DIPx模块扩展：作为FTDI V2DIPx模块的扩展模块，可扩展其USB端口和接口数量。
• 快速USB集成：能够快速将USB集成到现有的电子系统中。
• 原型开发平台：为新系统的USB接口提供原型开发平台。
• USB 2.0集线器：作为USB 2.0集线器设备，支持最多3个下游USB端口。
• 多端口接口转换：实现USB到多端口JTAG、SPI和I2C接口的转换，以及USB到多端口异步串行接口的转换。

2.2 模块特性

• 兼容性：与USB 2.0 Hi-Speed兼容，通过一个标准的Type A USB头连接到主机。
• 通信功能：采用USB Hi-Speed FT4232H设备进行USB Serial/Bitbang通信，整个USB协议由USB模块处理。
• 端口支持：集成USB 2.0 Hi-Speed集线器控制器，支持最多3个下游USB端口。
• 电源供应：USB集线器控制器和FT4232H由USB总线供电，无需外部电源供应，但提供外部电源输入引脚，可用于为外部下游USB端口供电。
• 状态指示：支持USB挂起和恢复功能，具有4个异步串行接口，包括2个独立的MPSSE引擎，默认设置为4个RS232接口。异步串行数据传输速率在TTL电平下为300波特到12 Mbaud，同步串行（MPSSE）数据速率在JTAG、SPI和I2C上最高可达30Mbps。配备一个双端口USB A插座和0.1”间距的引脚头，支持最多3个下游USB端口，下游USB端口2和3有绿色/琥珀色状态LED，还有一个LED用于指示外部下游USB端口的电源供应情况。
• 配置存储：板载EEPROM 93LC56用于FT4232H的配置，与UHCI / OHCI / EHCI主机控制器兼容。

2.3 驱动支持

该模块提供免费的VIRTUAL COM PORT（VCP）驱动和D2XX Direct驱动，支持多种操作系统，包括Windows、Mac OS-X和Linux等。这些驱动都可以从www.ftdichip.com/FTDrivers.htm免费下载。

3. 电气细节

3.1 连接器

模块板上有4个连接器，分别是用于连接主机端口的USB A信号头（CN1）、连接2个下游USB设备的双端口USB A插座（CN2）以及两个0.1” 18引脚头（CN3和CN4）。CN3和CN4的引脚有不同的功能，其中只有通道A和B将所有8个数据信号引出到18引脚头，通道C和D由于在UART通信中很多设计只使用TXD/RXD/CTS/RTS信号，因此只引出这4个数据信号，以满足大多数应用需求。

3.2 引脚描述

CN3和CN4的引脚有各自的功能，具体如下：	Connector Pin	Name	Description
CN3-1	NC	Not connected pin
CN3-2	VCC_BUS	USB +5V VBUS power pin (output) from upstream USB port
CN3-3	5V	+5v power pin (input) to supply downstream USB ports
CN3-4	DD0	FT4232H DD0 pin
CN3-5	DD1	FT4232H DD1 pin
CN3-6	DD2	FT4232H DD2 pin
CN3-7	DD3	FT4232H DD3 pin
CN3-8	GND	0V Power pin
CN3-9	AD0	FT4232H AD0 pin
CN3-10	AD1	FT4232H AD1 pin
CN3-11	AD2	FT4232H AD2 pin
CN3-12	AD3	FT4232H AD3 pin
CN3-13	AD4	FT4232H AD4 pin
CN3-14	AD5	FT4232H AD5 pin
CN3-15	AD6	FT4232H AD6 pin
CN3-16	AD7	FT4232H AD7 pin
CN3-17	DP4	USB hub downstream port 4 D+ signal pin
CN3-18	DM4	USB hub downstream port 4 D- signal pin

Connector Pin	Name	Description
CN4-1	NC	Not connected pin
CN4-2	PWREN#	FT4232H PWREN# pin
CN4-3	DATA	FT4232H EEDATA pin
CN4-4	CS	FT4232H EECS pin
CN4-5	CLK	FT4232H EECLK pin
CN4-6	GND	0V Power pin
CN4-7	CD3	FT4232H CD3 pin
CN4-8	CD2	FT4232H CD3 pin
CN4-9	CD1	FT4232H CD1 pin
CN4-10	CD0	FT4232H CD0 pin
CN4-11	BD7	FT4232H BD7 pin
CN4-12	BD6	FT4232H BD6 pin
CN4-13	BD5	FT4232H BD5 pin
CN4-14	BD4	FT4232H BD4 pin
CN4-15	BD3	FT4232H BD3 pin
CN4-16	BD2	FT4232H BD2 pin
CN4-17	BD1	FT4232H BD1 pin
CN4-18	BD0	FT4232H BD0 pin

3.3 状态LED

模块上还有几个LED用于指示电源和USB集线器端口的状态，具体功能如下：	LED Reference Designator	Color	Function Description
D1	Yellow	Power to supply external downstream USB ports
D2	Amber	Overcurrent status of downstream USB port 2
D3	Green	Transfer status of downstream USB port 2
D4	Green	Transfer status of downstream USB port 3
D5	Amber	Overcurrent status of downstream USB port 3

3.4 电源供应

GL850G和FT4232H集成电路及其相关电路直接由USB总线供电，模块电路的估计电流消耗约为100 - 300mA，具体取决于应用。下游端口2和3上的外部USB设备的最大总电流消耗为1A，如果总电流超过1A，模块上的保险丝将断开，此时模块上的LED D2和D5将亮起以指示过流状态。为连接到端口2和3的外部下游USB设备供电有两种选择：

• 使用USB总线电源：将5V连接到VCC_BUS（CN3，引脚3到CN3，引脚2），使用上游USB总线的电源为USB集线器的下游USB端口供电。使用这种方式时，用户需要确保USB主机能够为外部USB设备提供足够的电流，同时还要满足模块本身的电流需求。
• 使用外部电源：将5V（CN3，引脚3）连接到外部+5V直流电源，使用外部电源为USB集线器的下游USB端口供电。同样，用户需要确保外部电源能够为外部设备提供足够的电流。

需要注意的是，在USB总线电源模式下，必须确保CN3引脚2（VCC_BUS）和CN3引脚3（5V）短接在一起；在外部电源模式下，CN3 - 2和CN3 - 3引脚应断开连接，并且外部电源应仅连接到引脚CN3 - 3。建议在连接USB Hi-Speed Serial/Hub Module之前选择好操作模式。

4. 机械细节

模块的机械细节如图所示，所有尺寸均以毫米为单位。引脚头CN3和CN4安装在PCB的底部，PCB下方的整体高度为11.5mm，引脚露出9.0mm，引脚为0.025英寸方形。

5. EEPROM配置

模块使用的EEPROM包含FT4232H的USB配置描述符，当模块插入PC或执行USB复位时，PC将读取这些描述符。EEPROM中存储的默认值如下：	Parameter	Value	Notes
USB Vendor ID (VID)	0403h	FTDI default VID (hex)
USB Product UD (PID)	6011h	FTDI default PID (hex)
Serial Number Enabled?	Yes
Serial Number	See Note	A unique serial number is generated and programmed into the EEPROM during device final test.
Pull down I/O Pins in USB Suspend	Disabled	Enabling this option will make the device pull down on the UART interface lines when the power is shut off (PWREN# is high).
Manufacturer Name	FTDI
Product Description	FT4232H Hub Module
Max Bus Power Current	500mA
Power Source	Bus Powered
Device Type	FT4232
USB Version	0200	Returns USB 2.0 device description to the host. Note: The device is be a USB 2.0 Full Speed device (12Mb/s) as opposed to a USB 2.0 Hi-Speed device (480Mb/s).
Remote Wake Up	Enabled	Taking RI# low will wake up the USB host controller from suspend.
High Current I/Os	Enabled	Enables the high drive level on the UART and CBUS I/O pins.
Load VCP Driver	Disabled	Makes the device load the VCP driver interface for the device.

通过FT_Prog实用程序可以通过USB对FT4232H芯片的EEPROM进行重新编程，FT_Prog可以从http://www.ftdichip.com/Support/Utilities.htm下载。没有自己的USB供应商ID但希望在设计中使用唯一产品ID的用户可以向FTDI申请免费的唯一PID块，可联系FTDI支持获取此服务。

总的来说，FTDI的USB Hi-Speed Serial/Hub Module为电子工程师提供了一个功能强大、灵活且易于使用的USB接口扩展解决方案。无论是在产品开发阶段还是实际应用中，它都能发挥重要作用。你在设计中是否会考虑使用这样的模块呢？欢迎在评论区分享你的想法。