USB 音频设备中同步时钟系统的设计

来鹏飞李 良徐晟阳邹林均

(无锡中微爱芯电子有限公司，江苏无锡 214072)

通用串行总线(USB)作为一种成熟使用的计算机串行通信接口标准，具有热插拔、即插即用、数据传输可靠、扩展方便的优点，被广泛用于各种嵌入式系统中。

USB 总线是一根4 线电缆，包括2 根差分数据(D+/D-)传输信号线，另外2 根为电源和地线，用于为USB 设备提供电源。USB 总线没有专门的时钟信号用于同步主机和设备之间的数据交互。总线的同步信息包含在数据包的同步字段，通过同步字段可以使主机和设备内的锁相环同步。为了保证通信可靠正确的进行，从机的数据同步时钟频率必须严格跟随主机数据比特信息的时序。

设计了应用于USB 音频外设的同步时钟产生系统，输入参考时钟采用小数分频的方式动态跟随主机传输速率的变化，确保参考时钟的精度，电荷泵锁相环(CPPLL)采用频率倍增的方式产生频率和相位高度跟随参考时钟变化的系统时钟，确保与主机数据传输的可靠性。

1 时钟系统拓扑结构

本设计所涉及的USB 音频设备的时钟由内部PLL 频率倍增产生，不需要外接晶振。参考时钟由压控环形振荡器(VCO)时钟进行高精度小数分频产生，小数分频系数根据USB 主机数据包的帧频变化动态调整[1]。PLL1 倍频时钟分频后产生系统时钟，并作为音频AD、DA 模块PLL 的参考时钟，确保音频数据实时传输的可靠性。同步时钟系统的结构如图1 所示。

图1 同步时钟系统拓扑结构

首先主机发送帧起始(SOF)[2-4]包，通过USB总线数据信号传输至音频设备，周期为1 ms。……