USB,即Universal Serial Bus(通用串行总线),由康柏(Compaq)、惠普(HP)、英特尔(Intel)、朗讯(Lucent)、微软(Microsoft)、 NEC以及飞利浦(Philips)等公司共同推动发展。
一个USB系统主要涵盖三个部分,分别为USB主机(host)、USB设备(device)以及USB互联(interconnect)。
USB主机(host)
在每个USB系统中,有且仅有一个主机。它在整个系统中处于核心地位,承担着对USB设备的管理和协调等重要职责。
USB设备(device)
USB设备可划分为集线器(Hub)和功能设备(Function)两类。其中,集线器的主要作用是提供额外的连接点WhatsApp网页版,以扩展USB系统的连接能力;功能设备则是为系统提供特定的附加功能。在一个USB系统中,最多可容纳127个设备。
USB互联(interconnect)
USB互联指的是USB设备与主机之间的连接和通信方式。它包含了总线拓扑结构,即设备之间的连接布局形式;内层关系,体现了各层级之间的逻辑关联;数据流模型,规定了数据在设备与主机之间的传输模式;以及USB调度表,用于合理安排设备与主机之间的数据传输时间和顺序。
USB 2.0具备多种速度模式,且向下兼容USB 1.1标准。具体速度模式如下:
USB信号线包含D+、D - 以及Vbus和GND。其采用5V供电,最大供电电流为500mA。
USB设备识别机制
在下行端口(Downstream),D+和D - 均通过15KΩ电阻接地。
对于上行端口(Upstream),若为全速(FS)和高速(HS)设备,D+通过1.5KΩ上拉电阻连接至3.3V;若为低速(LS)设备,D - 则通过1.5KΩ上拉电阻连接至3.3V。
高速(HS)设备在识别过程中,会先被识别为全速(FS)设备,随后自动断开1.5KΩ上拉电阻,进而被识别为高速(HS)设备。
通常情况下,USB设备识别的电路已集成于芯片内部。由此可见,下行端口(如USB Host、PC等)能够支持上述三种速率模式,而上行端口(如USB网卡等)一般只能二选一,仅支持全速(FS)与高速(HS)模式或者低速(LS)模式。
USB 3.0具备超高速(SS)传输能力,其传输速率高达5GT/s。
它采用全双工通信模式,运用8B/10B编码技术,实际数据传输速率可达4Gbps。该接口采用三线差分(SDP)架构。
在供电方面,其最大电流支持能力可达900mA。
USB信号运用NRZI编码技术,确切而言,以“1”表征电平无变化,以“0”表示电平产生变化。
在低速(LS)、全速(FS)以及部分高速(HS)模式中,会运用位填充手段来确保充足的信号转换。具体做法为,在编码数据流里,每连续出现6个“1”之后,强制插入一个“0”。
设计注意事项
USB信号属于差分信号,其最高数据传输速率可达480Mbps。故而,相较于网口差分线,它对差分走线的控制更为严格WhatsApp网页版,差分阻抗控制要求达到90Ω±5%。
针对USB Host机型的电源设计,鉴于当下市面上诸多USB设备对电流的需求超出标准的500mA,例如移动硬盘,其容量越大,功耗越高。所以,USB 5V电源模块的设计需预留较大余量。就当前状况而言,34063 + B772电源方案较为适宜WhatsApp网页版,电源走线宽度要求不低于40mil。
USB的测试主要聚焦于信号眼图的测试,目前借助示波器DPO7354的USB自动化测试模块即可达成。需留意的是,USB测试所要求的示波器带宽不得小于2.5GHz。