我的U盘

我的U盘 U盘，全称“USB闪存盘”，英文名“USB flash disk”。它是一个USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，可以通过USB接口与电脑连接，实现即插即用。 一、基本信息 1来源:U盘的称呼最早来源于中国朗科公司生产的一种新型存储设备，名曰“优盘”，其实这也算中国首创吧，使用USB接口进行连接，当USB接口就连到电脑的主机后，U盘的资料可与电脑交换。 U盘，又称优盘，利用 USB(通用串行总线)接口进行串行通信，是一种小型的硬盘。U盘，用于存储照片、资料、影像，面积只有1厘米见方，实现便携式移动存储、大大提高了办公效率，使人类生活更便捷。 二、 U盘的组成及原理: U盘的结构比较简单，主要是由USB插头、主控芯片、稳压IC(LDO)、晶振、闪存(FLASH)、PCB板、帖片电阻、电容、发光二极管(LED)等组成。 A USB接口: USB是一种常用的pc接口,他只有4根线，两根电源两根信号,如下图.故信号是串行传输的,usb接口称为串行口，usb2.0的速度可以达到480Mbps可以满足各种工业和民用需求 USB接口有四根边接线，有5V、地和两根数据线.。 usb接口的4根线一般是下面这样分配的，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉usb设备或者电脑的南桥芯片:黑线:gnd 红线:vcc 绿线:data+ 白线:data- B USB插头:容易出现和电路板虚焊，造成U盘无法被电脑识别，如果是电源脚虚焊，会使U盘插上电脑无任何反映。有时将U盘摇动一下电脑上又可以识别，就可以判断USB插口接触不良。只要将其补焊即可解决问题。 C 稳压IC:又称LDO，其输入端5V，输出3V，有些劣质U盘的稳压IC很小，容易过热而烧毁。还有USB电源接反也会造成稳压IC烧毁。维修时可以用万用测量其输入电压和输出电压。如无3V输出，可能就是稳压IC坏了。但有一种情况，输出电压偏低，且主控发烫，这时就是主控烧了。 还有些U盘会在USB+5V和稳各种主流操作系统及硬件平台之间作大容量数据存储及交换。其低端产品的市场压IC之间串一个0欧姆的保护电阻，此时稳压IC没有5V输入电压就是它坏了。 现在许多主控都将LDO集成到主控内部了，所以我们会看到许多U盘都没有外置LDO了，它们都是USB+5V电压直接输入。这种情况就要换主控了。 D 晶振:早期的U盘大多都是用6M的晶振，现在的U盘则普遍采用12M晶振。晶振不耐摔，所以它是U盘上的易损件，最好的维修方法就是用相同频率的晶振直接代换。 E 主控芯片:主控制芯片负责闪存与USB连接，是U盘的核心，我们一般所说的U盘方案就是指主控芯片的型号。量产工具也是与它对应的。有些主控芯片还要输入3V的电压给FLASH供电，保证闪存的正常工作。 F FLASH焊盘:它的作用是固定闪存，使闪存与主控连接。 受外力挤压后容易使闪存与焊盘接触不良，这时会造成电脑上的U盘打不开，无法存储文件等。只要将闪存的引脚补焊一下就可以修复，也即我们常说的拖焊. G FLASH芯片与电脑中内存条的原理基本相同，是保存数据的实体，其特点是断电后数据不会丢失，能长期保存. H( 外壳:按材料分类，有塑胶、竹木、金属等;按风格分类，有卡片、笔型、迷你、等;按功能分类，有加密、杀毒、防水、智能等。 I( 包装:一般有纸盒包装、塑胶盒包装和金属盒包装，一般以纸盒和铁盒包装居多，闪存盘通常使用塑胶或金属外壳，内部含有一张小的印刷电路板，让闪存盘尺寸小到像钥匙圈饰物一样能够放到口袋中，或是串在颈绳上。只有USB连接头突出于保护壳外，且通常被一个小盖子盖住。大多数的闪存盘使用的Type-A USB接头。 U盘的基本工作原理也比较简单:USB端口负责连接电脑，是数据输入或输出的通道;主控芯片负责各部件的协调管理和下达各项动作指令，并使计算机将U盘识别为“可移动磁盘”，是U盘的“大脑”;FLASH芯片与电脑中内存条的原理基本相同，是保存数据的实体，其特点是断电后数据不会丢失，能长期保存;PCB底板是负责提供相应处理数据平台，且将各部件连接在一起。当U盘被操作系统识别后，使用者下达数据存取的动作指令后，USB移动存储盘的工作便包含了这几个处理过程。 三、工作原理 当U盘连接到电脑主机的USB接口中，电脑USB接口的5V电压通过U盘的USB接口的供电电路提供供电，产生VCC电压,接着USB接口电路中的USB插座的数据传输阵脚为高电平，而数据输出引脚为低电平;当电脑主板中的USB驱动模块检测到数据线上一高一低电平后，就认为U盘已经准备好了，向U盘发出准备好信号，接着U盘的主控芯片调取U盘flash中的基本信息及文件信息，通过USB接口发送给电脑主机的USB总线，电脑接受数据后，就会提示已发现新硬件， 并开始安装U盘驱动程序，完了之后，我们就可以看到U盘里的文件了。 当我们需要存储数据时，主控芯片首先检测其写保护电路的电平信号。若为高电平,主控芯片向flash发送一个读写信号，接着闪存将数据存入其中，若写保护电路的电平信号为低电平，则主控芯片向flash发送一个写保护信号，闪存将拒绝数据的存储。 计算机把二进制数字信号转为复合二进制数字信号(加入分配、核对、堆栈等指令)读写到USB芯片适配接口，通过芯片处理信号分配给EEPROM存储芯片的相应地址存储二进制数据，实现数据的存储。EEPROM数据存储器，其控制原理是电压控制栅晶体管的电压高低值，栅晶体管的结电容可长时间保存电压值，断电后能保存数据的原因主要就是在原有的晶体管上加入了浮动栅和选择栅。在源极和漏极之间电流单向传导的半导体上形成贮存电子的浮动棚。浮动栅包裹着一层硅氧化膜绝缘体。它的上面是在源极和漏极之间控制传输电流的选择/控制栅。数据是0或1取决于在硅底板上形成的浮动栅中是否有电子。有电子为0，无电子为1。闪存就如同其名字一样，写入前删除数据进行初始化。具体说就是从所有浮动栅中导出电子。即将有所数据归“1”。写入时只有数据为0时才进行写入，数据为1时则什么也不做。写入0时，向栅电极和漏极施加高电压，增加在源极和漏极之间传导的电子能量。这样一来，电子就会突破氧化膜绝缘体，进入浮动栅。读取数据时，向栅电极施加一定的 电压，电流大为1，电流小则定为0。浮动栅没有电子的状态(数据为1)下，在栅电极施加电压的状态时向漏极施加电压，源极和漏极之间由于大量电子的移动，就会产生电流。而在浮动栅有电子的状态(数据为0)下，沟道中传导的电子就会减少。因为施加在栅电极的电压被浮动栅电子吸收后，很难对沟道产生影响。 结构框图如下: 四:步骤 首先使用protell 99 SE绘制;电路原理图(见附页): 然后设计PCB原理图(1)新建“U盘电路.PRJPCB”项目文档，在项目文档下新建“U盘电路.schdoc”原理图文档，并且保存。 (2)二查看BOM (3)建立原理图库文件 U1的封装 U2的封装: 电压转换模块 闪存flash(三星K9F0BDUDB) U3的封装 U4的封装: 主控芯片IC1114 电源保护电路SW1A (4)PCB封装库的制作; (5)给自制没有封装的元器件添加footprint; (6)放置元器件以及连线; (7)根据PCB向导生成一个PCB文档; (8)从原理图更新到Pcb板; (9)进行布局和布线。 然后制板，焊接芯片、元器件等等完成硬件电路的设计; 示例如下: 最后进行检查硬件，如焊点是否焊好，晶振有无虚焊等问题，调试完成后就可以用了。 五制作流程 1、首先定下外壳外形的尺寸 2、根据外壳尺寸，设计PCB(线路板)，一个flash主控(iCreat\芯邦\Ameco\安国等公司都有现成的方案，买芯片即送方案)，再加一个FLASH 芯片(三星、hynix牌子都可以)和少许阻容元件即可 3、以上OK后就是，生产组装测试(SMT、测试、打螺丝装壳或超声波焊接); 4、包装成品。 六、 这次设计我理清了做u盘的思路，由于时间关系和考研的因素，虽然没有做出实物来，但自己通过认真查阅相关资料，了解了U盘的组成和工作原理，认识了整个小产品的制作流程，巩固了许多学过的知识，这对我今后更好地学习其他方面类似的知识也是一种帮助和促进，非常感谢郑老师在我们毕业前给这个理论结合实践的机会，让我得到了锻炼，为今后做毕业设计和进一步学习和工作开了好头。 七、参考: 计算机硬件工程师维修技能丛 张志鹏编著 科学出版社