设计和构建您自己的高功率USB集线器端口扩展器

如今，我们的办公桌上摆满了需要通过USB与PC连接的设备，或者我们需要使用多个具有USB的设备。这成为了一个问题，因为笔记本电脑缺乏多个端口，而这正是USB集线器或USB端口扩展器派上用场。

USB集线器是一种有用的设备，它提供了将单个通用串行总线（USB）端口转换为多端口系统的灵活性，因此我们可以将更多设备连接到主机系统。在多端口USB HUB系统中，我们可以使用多个USB设备，如鼠标、键盘、笔驱动器等，并且主机USB的带宽在它们之间共享。在这个项目中，我们将讨论如何 设计了一个USB集线器，这可以帮助您将一个USB端口扩展到四个。在此过程中，我们还将学习如何实施USB输入/输出保护电路以及如何为其设计PCB。

本项目中内置的USB集线器PCB板由我们的长期赞助商制造pcbway.com网站。对于新手来说，PCBWay是一家制造和组装服务提供商，可以为原型和制造数量提供高质量、全功能的定制PCB。我们稍后将详细讨论如何使用他们的服务，但如果您想获得这些USB集线器PCB板，您也可以查看项目赠品!这在本页底部链接的视频中进行了解释。

 

USB集线器的规格：

1. USB2.0设施
2. 4专用端口。
3. 自身电源和外部电源选项

USB集线器将支持USB2.0功能，并具有4个专用USB端口。它可以自供电，这意味着它将从主机USB端口获取电源，并将其分配给其他连接的USB设备，或者外部5V电源将允许它为外部设备供电。

 

构建DIY USB集线器所需的组件

数量	价值	包裹	部分
12	0.1华氏度	C0603	C5、C6、C7、C8、C11、C12、C13、C15、C17、C18、C20、C21
1.	10万	2008年	第11页
5.	100华氏度	第2-5页	C1、C2、C3、C4、C22
1.	10公里	R0603型	R8型
1.	10公里	2008年	R6型
1.	10华氏度	第2-5页	第19页
1.	12兆赫	XTAL_ECS-120-18-4X-CKM	第1页
2.	1立方英尺	C0603	C14，C16
1.	2.5A/30V/105m岛	索23-3	问题1
1.	2万	2008年	R7型
2.	33华氏度	C0603	C9，C10
1.	4.7万	2008年	第12页
1.	470转	2008年	第10页
1.	47万	2008年	第13页
1.	47万	R0603型	R9型
4.	500毫安	2012年5月50日	R1、R2、R3、R4
1.	680转	R0603型	R5型
1.	直流插座	直流插座2毫米	CN1型
6.	联邦调查局-0603-2A	印度1608x95n	L1、L2、L3、L4、L5、L6
1.	850克-小时	sop65 p780x200-2N型	集成电路1
1.	红色	芯片_0805	发光二极管1
3.	SRV05-4-ESD保护	索特95p280x145-6N	IC2、IC3、IC4
4.	USB-A--X-X-TH型	SAMTEC_USB-A-S-X-X-TH公司	J1、J2、J3、J4
1.	USB-AM-S-X-X-TH型	SAMTEC_USB-AM-S-X-TH公司	J5

材料清单的PCB上有元件代号。对于原理图和PCB，让我们进入下一节-

DIY USB集线器电路图

的完整示意图DIY USB集线器如下所示：

让我们看看这些组件是如何连接的。为了更好地理解，根据每个主要部件的工作原理，将示意图的每个部分作为一个块来分离。

GL850G控制器部分:

GL850G是该应用程序的主要IC。它来自Genesys Logic的高级版本Hub解决方案，完全符合通用串行总线规范2.0版。

我们之所以选择这个，是因为它在USB集线器的设计过程中提供了主要优势。

它在单个芯片中同时具有5V至3.3V和3.3V至1.8V的电压降调节器，因此不需要外部LDO，并且可以节省成本。

作为简要说明，GL850G使用8位RISC处理器来操作控制/状态寄存器，并响应来自USB主机的请求。GL850G还预装了固件，可以控制其通用I/O并访问外部EEPROM。

在上面的示意图中，我们使用连接为DP1、DM1、DP2、DM2等的4个下行端口，最多连接为DP4、DM4。这是主要的USB D+和D-连接，连接到各自的USB设备。

它通过引脚25（5V线）和引脚24（3.3V引脚）获取电源。3.3V部分有一个0.1uF和10uF的PI滤波器电容器和一个铁氧体磁珠，以提供作为模拟电压的清洁电源。

引脚可以在下面看到-

USB主机连接和过电流部分：

这是USB的输入。它有一个公USB插座，可以插入电脑、笔记本电脑或具有USB集线器功能的设备。还使用了ESD保护，具有IC4，该IC4将保护该上游端口免受ESD的影响。

过电流分压器用于对过电流引脚进行偏置。分压器设置为在该引脚处提供3.3V，以激活4个端口上USB总线的过电流保护功能。

4个下游端口：

在上图中，显示了4个下游端口。所有这些都在电源线中使用单独的滤波器，为USB设备提供干净的电源。然而，有4个PTC可用于保护高电流驱动器。

除此之外，IC2和IC3是TVS二极管，用于保护内部设备免受ESD浪涌的影响。

外围电路：

第一个是复位电路。这是一个用于复位的简单分压器，其电压输出为4V。因此，当5V变低时，它可能会改变GL850G重置的阈值电压。

中间一个是GANG指示器。当4个USB处于活动状态时，此指示灯将点亮。

最后一个是GL850G使用的12Mhz晶体振荡器。

外部电源供应和逻辑：

在上述电路中，使用电池连接器逻辑来控制MOSFET。在正常情况下，MOSFET会关闭，但当有人插入连接器时，DC桶形连接器开关会断开，5V的电源会通过MOSFET与电源轨连接。

为USB集线器制作PCB

PCB设计正确，具有适当的差分对终端。下面显示了USB差分对长度匹配的重要迹线。如果你是PCB设计中差分布线的新手，你可以查看这篇文章，它解释了差分对路由的重要性及其使用方法.

以下部分是输入USB。

这是USB 1跟踪。

这是USB 2跟踪。

这是USB 3跟踪。

这是USB 4跟踪。

这是整个PCB

在进行设计之前，将PCB转换为3D-

从PCBWay订购PCB

现在，在完成设计后，您可以继续订购PCB：

步骤1：进入https://www.pcbway.com/，如果这是你第一次，请注册。然后，在PCB原型选项卡中，输入PCB的尺寸、层数和所需的PCB数量。

第2步：单击“立即报价”按钮继续操作。您将进入一个页面，在该页面上设置一些附加参数，如Board type、Layers、Material for PCB、Thickness和More，其中大多数都是默认选择的，如果您选择任何特定参数，您可以在此处选择。

步骤3：最后一步是上传Gerber文件并继续付款。为了确保流程顺利，PCBWAY在继续付款之前验证您的Gerber文件是否有效。通过这种方式，您可以确保您的PCB是制造友好的，并将以承诺的方式送达您。

组装PCB

订购木板后，几天后，它通过快递送到了我手中，放在一个贴着整齐标签、包装良好的盒子里。PCB质量一如既往。板的顶层和底层如下所示：

 

在确保轨迹和足迹正确之后。我开始组装印刷电路板。完全焊接的电路板如下所示：

USB端口扩展器外壳的3D打印

在组装好PCB并确保一切正常后，我为PCB打印了一个外壳。为此，我测量了主板、所有USB端口和桶形插孔的尺寸，为我的设置设计了一个外壳。我的设计完成后看起来像下面这样。

在我对设计感到满意后，我将其导出为STL文件，根据打印机设置对其进行切片，并最终打印出来。STL文件也可用于从Thingiverse下载你可以用它打印你自己的外壳。

打印完成后，我继续将项目设置组装在一个永久性的外壳中，以备将来使用，所有东西都很合适，如下所示：

测试USB集线器

在组装好PCB并将PCB固定在3D打印的外壳内后，我将其插入笔记本电脑的一个USB端口，然后将4个USB设备连接到其USB端口。连接到这个USB集线器的所有四个设备都能无缝工作。

这个项目的完整工作可以在下面的视频中找到，如果你有任何问题，你可以把它们留在下面的评论部分，或者你也可以使用我们的论坛。