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通用串行总线（USB）是目前广泛应用的计算机通信标准，具有即插即用、快速便携、价格低廉等优点，已成为计算机、通信及消费类电子产品的必备接口之一。但是，USB的最大传输距离通常仅为5m，即使通过级联5个USB集线器（Hub），也只能将最大传输距离延长至30m。为突破传输距离的限制，本论文首先以USB1.1协议为标准，基于电平转换原理设计了一种USB1.1延长芯片，将传输距离延长至50m。然而，受USB物理特性的限制，会导致数据传输不稳定及延时较大等问题，在很多情况下仍不能满足实际需求。随着网络技术的不断发展，尤其是网络通信协议具备良好的稳定性和较短的传输延时，并可通过不同类型的电缆线进一步延长传输距离，使得通过网络来延长USB接口的传输距离成为可能。因此，本论文随后以USB2.0协议为标准，基于USB2.0协议和网络协议之间的转换原理，提出了一种USB2.0延长系统，可将传输距离进一步延长至100m以上。USB2.0延长系统中的网络协议采用了修改和自定义的以太网媒体接入控制（MAC）协议，同时该系统能兼容USB1.0/1.1协议信号。论文首先介绍了与设计工作相关的USB协议规范内容，以及修改和自定义的以太网MAC协议，分析对比了电平转换和协议转换两种USB延长原理。在此基础上，分别设计了基于电平转换原理的USB1.1延长芯片和基于协议转换原理的USB2.0延长系统。在USB1.1延长芯片的设计工作中，着重研究了低压差线性稳压器（LDO）的设计，在传统LDO补偿原理的基础上概括了其基本补偿架构模型，然后结合概率鲁棒理论和密勒补偿架构，研究了负载电流变化引起的开环传递函数变化，建立了一种LDO频率响应模型，并得到了该模型在整个负载电流范围内保持稳定性的必要条件，使系统参数存在一定的不确定性时仍能最大概率地满足设计要求。最后，基于CSMC0.35μm CMOS工艺实现了USB1.1延长芯片。其中，LDO模块的测试结果表明，在5V的工作电压下，当负载电流跳变时，LDO的调整时间在6ms内，输出电压变化小于150mV，线性调整率和负载调整率分别为0.16%和0.32%。在USB2.0延长系统的设计工作中，采用协议转换技术，基于现场可编程门阵列（FPGA）平台设计并验证了该延长系统，不仅模拟实现了USB数据与网络数据的相互转换，而且利用网络通信技术可将USB2.0接口的传输距离延长至100m以上。FPGA验证结果表明，该USB2.0延长系统具有良好的可行性、稳定性和兼容性，在高速数据传输、远程数据交换及控制等领域具有重要的应用价值。