USB识别及阻抗匹配解读.docx

USB识别及阻抗匹配 2016/11/22  修改记录： 修 订 号 作 者 日 期 简 要 说 明 目 录 1. 概述 3 1.1. USB 传送数率 3 1.2. USB接口定义 3 2. USB识别 3 2.1. 全速和低速识别 3 2.2. 高速识别 4 3. USB匹配 8 1. 概述 USB是英文universal serial bus通用串行总线的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑和外部设备的链接和通信。 1.1. USB 传送数率 USB版本 理论最大传输速率 速率称号 最大输出电流 USB1.0 1.5Mbps(192KB/s) 低速(Low-Speed) 5V/500mA USB1.1 12Mbps(1.5MB/s) 全速(Full-Speed) 5V/500mA USB2.0 480Mbps(60MB/s) 高速(High-Speed) 5V/500mA USB3.0 5Gbps(500MB/s) 超高速(Super-Speed) 5V/900mA 1.2. USB接口定义 USB信号使用分别标记为D+和D-的双绞线传输，它们各自使用半双工的差分信号并协同工作，以抵消长导线的电磁干扰。 触点 功能（主机） 功能（设备） 1 VBUS (4.75－5.25 V) VBUS (4.4－5.25 V) 2 D- D- 3 D+ D+ 4 接地 接地 2. USB识别 我们知道USB2.0向下兼容USB1.x，即高速2.0的hub能支持所有的速度类型的设备，而USB1.x的hub不能支持高速设备（High Speed Device）。因此，如果高速设备挂到USB1.x的hub上，那该设备只能工作在全速模式下。不管是hub还是设备（device），对于速度的区分是非常重要的，否则，后续的通信根本无法进行。 2.1. 全速和低速识别 根据规范，全速（Full Speed）和低速（Low Speed）很好区分，因为在设备端有一个1.5k的上拉电阻，当设备插入hub或上电（固定线缆的USB设备）时，有上拉电阻的那根数据线就会被拉高，hub根据D+/D-上的电平判断所挂载的是全速设备还是低速设备。如下两图： USB全速设备上电连接 （Full-speed Device Cable and Resistor Connections） USB低速设备上电连接 （Low-speed Device Cable and Resistor Connections） 2.2. 高速识别 USB全速/低速识别相当简单，但USB2.0，USB1.x就一对数据线，不能像全速/低速那样仅依靠数据线上拉电阻位置就能识别USB第三种速度：高速。因此对于高速设备的识别就显得稍微复杂些。 　　 高速设备初始是以一个全速设备的身份出现的，即和全速设备一样，D+线上有一个1.5k的上拉电阻。USB2.0的hub把它当作一个全速设备之后，hub和设备通过一系列握手信号确认双方的身份。在这里对速度的检测是双向的，比如高速的hub需要检测所挂上来的设备是高速、全速还是低速，高速的设备需要检测所连上的hub是USB2.0的还是1.x的，如果是前者，就进行一系列动作切到高速模式工作，如果是后者，就以全速模式工作。　　 下图展示了一个高速设备连到USB2.0 hub上的情形： hub检测到有设备插入/上电时，向主机通报，主机发送Set_Port_Feature请求让hub复位新插入的设备。设备复位操作是hub通过驱动数据线到复位状态SE0(Single-ended 0，即D+和D-全为低电平)，并持续至少10ms。 高速设备看到复位信号后，通过内部的电流源向D-线持续灌大小为17.78mA电流。此时高速设备的1.5k上拉电阻还未撤销，在hub端，全速驱动器形成一个阻抗为45欧姆(Ohm)的终端电阻，所以在hub端看到一个约800mV的电压（45欧姆*17.78mA），这就是Chirp K信号。Chirp K信号的持续时间是1ms~7ms。 在hub端，虽然下达了复位信号，并一直驱动着SE0，但USB2.0的高速接收器一直在检测Chirp K信号，如果没有Chirp K信号看到，就继续复位操作,直到复位结束，之后就在全速模式下操作。如果只是一个全速的hub，不支持高速操作，那么该hub不理会设备发送的Chirp K信号，之后设备也不会切换到高速模式。 设备发送的Chirp K信号结束后100us内，hub必须开始回复一连串的KJKJKJ....序列，向设备表明这是一个USB2.0的hub。这里的KJ序列是连续的，中间不能间断，而且每个K或J的持续时间在40us~60us之间。KJ序列停止后的100~500us内结束复位操作。hu