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  • 现在商业间谍还是很多的哦,而且很多时候都是通过U盘等USB接口连接外接设备泄露公司资料出去的。 usb接口禁用软件,通过修改注册表,系统文件,实现禁用usb储存设备,可以防止企业资料从usb被拷走。 技术原理: 1....
  • USB全称Universal Serial Bus(通用串行总线),目前USB 2.0接口分为四种类型A型、B型、Mini型还有后来补充的Micro型接口,每种接口都分插头和插座两个部分,Micro还有比较特殊的AB兼容型,本文简要介绍这四类插头和...

    USB全称Universal Serial Bus(通用串行总线),目前USB 2.0接口分为四种类型A型、B型、Mini型还有后来补充的Micro型接口,每种接口都分插头和插座两个部分,Micro还有比较特殊的AB兼容型,本文简要介绍这四类插头和插座的实物及结构尺寸图,如果是做设计用途,还需要参考官方最新补充或修正说明,尽管USB 3.0性能非常卓越,但由于USB 3.0规范变化较大,真正应用起来还需假以时日,不管怎样,都已经把火线逼到末路,苹果公司极其郁闷但也爱莫能助。

    注意:

    1、本文封装尺寸来源,USB 2.0 Specification Engineering Change Notice(Date:10/20/2000)

    2、本文图片来源USB官方协议文档,由于USB 3.0在接口和线缆规范上变化较大,后面专门介绍。

    3、本文未带插头封装尺寸,插头尺寸请参加官方文档ecn1-usb20-miniB-revd.pdf,下个版本USB 3.0在接口和封装上都有很大变化,本文属于USB 2.0协议内容,如果是USB 3.0设备,似乎只有A型头才能插到2.0插座中Receptacle。

    1、A型USB插头(plug)和A型USB插座(receptacle)

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    引脚顺序(左侧为Plug,右侧为Receptacle):

    d42097db321e94fc85e66a647bcaa786.png

    引脚定义:

    98e555e13d50c1147b890306b921bdca.png

    封装尺寸(单PIN Receptacle):

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    2、B型USB插头(plug)和B型USB插座(receptacle)

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    引脚顺序(左侧为Plug,右侧为Receptacle,注意箭头所指斜口向上,USB端口朝向自己):

    7eff34f48eb8187a647c42cd3e9edcff.png

    引脚定义、封装尺寸均与A型USB引脚说明相同。

    封装尺寸(单PIN Receptacle):

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    3、Mini B型USB插头(plug)和Mini B型USB插座(receptacle)

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    引脚顺序(左侧为Plug,右侧为Receptacle,注意宽边在上,USB端口朝向自己):

    dfcfb8e3dadb90b80bb24ee4e71095c2.png

    引脚定义:

    a45c9de3350fcd72b5072a8e31b44ff7.png

    封装尺寸(Receptacle):

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    以上部分为USB 2.0规范内容,下面的Micro USB实际上是在2006年才发布的补充规范,由于该接口定义无法后向支持USB 3.0协议,故仍然归于USB 2.0协议包。

    4、Micro USB插头和插座

    Micro USB补充定义用于蜂窝电话和便携设备的Micro USB接口,比Mini USB接口更小。其中标准A型和标准B型及Mini-B型都是在USB 2.0规范里定义,2006补充的Micro USB规范定义了,补充了以下定义:

    Micro-B plug and receptacle

    Micro-AB receptacle

    Micro-A plug

    由于该协议文档极不清晰,相关插图也是采用贴图形式,所以不再抓图介绍,只放两个实物照片上来看一下(图片来源:USB MOBILE):

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  • usb3.0中文接口协议

    2020-10-16 16:27:51
    第 3 章 USB 3.0 体系结构概览 第 4 章 超高速数据流模型 第 5 章 机械结构 第 6 章 物理层 第 7 章 链路层 第 8 章 协议层 第 9 章 设备框架 第 10 章 集线器,主机下行口以及设备上行口规范
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  • USB_HID协议中文版_USB接口HID设备.pdf

    热门讨论 2016-08-09 16:27:28
    USB HID开发必备的资料,包括底层固件的枚举描述符配置,上位机HID设备枚举、查找、连接及通讯
  • USB接口简介

    2019-10-09 10:30:15
    概述 USB的英文全称为Universal Serial Bus,中文含义是通用串行总线,它是一种快速的,双向的,同步...全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s,比串口快了整整100倍,而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480M...

    概述
    USB的英文全称为Universal Serial Bus,中文含义是通用串行总线,它是一种快速的,双向的,同步传输的廉价的并可以进行热拔插的串行接口。USB接口使用方便,它可以连接多个不同的设备,而过去的串口和并口只能接一个设备。速度快是USB技术的突出特点之一。全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s,比串口快了整整100倍,而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480Mb/s,最新的USB3.1支持高达10Gb/s的传输速率,USB发展历程如图 1所示。
    在这里插入图片描述
    图 1 USB发展历程
    USB(Universal Serial Bus)体系包括“主机(Host)”、“设备(Device)”以及“物理连接
    (Connector)”三个部分。其中主机是一个提供USB 接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复
    合体,可以是PC,也可以是OTG 设备。一个USB 系统中仅有一个USB 主机(Host);设备
    (Device)包括USB 功能设备(Function)和USB HUB,最多支持127 个设备;物理连接即指的
    是USB 的传输线。
    最常见的USB 系统为PC 机和USB 外设的系统, 一个PC机通常集成了USB Host 和USB
    Root Hub。USB Hub 是市场上很常见的USB 接口扩展设备;U 盘,USB Modem,USB 网卡等是很
    常见的USB 功能设备。
    USB 接口的标准
    机械标准
    USB2.0 标准规定USB 接口的物理规范如下
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    对于USB 线缆,USB2.0 标准只能为以下的三种插头形式的组合:
    ①标准可插拔线缆(Detachable Cable):一端为A 型插座,另外一端为B 型插座;
    ②高速/全速不可分离电缆(Captive Cable):一端为A 型插座,另外一端厂商根据实际高速/全速USB 产品指定,如手机,MP3 的USB 配线;USB 键盘等;
    ③低速电缆不可分离电缆(Captive Cable):一端为A型插座,另外一端厂商根据实际低速USB产品指定。
    标准也规定了USB2.0 Cable的最长长度为5m。
    在这里插入图片描述
    图 4 USB3.0插座与USB2.0的兼容
    电气标准
    USB2.0的BUS由四根线组成:电源VBUS(Red),GND(Black),信号D+(Green),信号D-(White),USB标准里面也指定了这四根线在USB电缆里面的颜色(上一句括号里面已标明)。其中电源线VBUS可用于由USB主设备向从设备供电,供电电压为+5V,一个USB Host端口最多可以提供500mA的电流。
    对于工作于High-Speed模式下信号线,关键的电气参数如下:
    1、单端信号高电平范围:360mV~440mV;单端信号低电平范围:-10mv~10mV;
    2、单端输出阻抗:45Ω;差分输出阻抗:90Ω; (PCB布线时要求阻抗控制为90Ω)
    3、对于工作于Full-Speed模式下信号线,关键的电气参数如下:
    4、单端信号高电平范围:2.8V~3.6V(比较常见的是3.3V信号电平);单端信号低电平范围:0v~0.3V;
    5、差分输出阻抗:90Ω±15%。
    USB3.0总线由8根线组成,除了USB2.0的电源VBUS(Red),GND(Black),信号D+(Green),信号D-(White),还有TX/RX两对SDP(屏蔽差分线对),如图 5所示
    在这里插入图片描述
    图 5 USB3.0线缆结构
    对于工作于SuperSpeed模式下信号线,要求单端输出阻抗:45Ω±3Ω;差分输出阻抗:90Ω±5Ω(PCB布线时要求差分阻抗控制为90Ω)。
    USB主设备供电及Inrush(启动)电流
    USB主设备对从设备有三种供电方式:从设备自供电,主设备对从设备完全供电,主设备对从设备部分供电(USB Host端口最多提供500mA的电流,从设备需要的其它电流由自己供电,但两部分电源应该分开)。
    USB设备在热插时均会产生强电流(Inrush Current),这种强电流会导致USB总线供电电压下降(最大允许Droop电压为330mV),一方面会导致总线上的其它Device不能正常工作;另一方面可能导致插入的Device无法启动,更严重的情况会烧坏Host设备。Inrush电流产生的原因如下: 在热插或设备的工作状态由低功耗切换为高功耗时,由于从设备上Vcc对地存在的电容及瞬间负载过大的影响,在Vcc上将会由主设备向从设备注入瞬间强电流。
    为保证USB接口的可靠的设计,通常需要使用一些限流电路。最常见最通用的限流电流就是直接利用板上已有DC-DC电源电路的限流功能,但这很显然不是一种很好的方法;其它比较常用的方法有使用保险丝和USB专用过流保护供电芯片两种方式,如G5250芯片。
    另外在热拔时会由于线上的电感效应的存在,突变的电流会在Host端和Device端会产生Flyback Voltage,在Host端的表现为引入了噪声,在Device端则需要注意反转电压的幅度不能过大。但这些现象一般影响很有限,设计上基本上没有进行相应的考虑。

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  • USB 接口

    2011-02-16 16:32:42
    USB ,是英文Universal Serial BUS(通用串行总线)的缩写,而其中文简称...USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。 USB A型4Pin公口 USB A型...

              USB ,是英文Universal Serial BUS(通用串行总线)的缩写,而其中文简称为“通串线,是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。

    USB A型4Pin公口 

      2011年02月16日 - yellowriver - 天道酬勤 玩物丧志

    USBA型公口

    随着各种数码设备的大量普及,特别是MP3和数码相机的普及,我们周围的USB设备渐渐多了起来。然而这些设备虽然都是采用了USB接口,但是这些设备的数据线并不完全相同。这些数据线在连接PC的一端都是相同的,但是在连接设备端的时候,通常出于体积的考虑而采用了各种不同的接口。

     

     

     

    Mini B型5Pin

      2011年02月16日 - yellowriver - 天道酬勤 玩物丧志

    MiniB型5Pin

    这种接口可以说是最常见的一种接口了,这种接口由于防误插性能出众,体积也比较小巧,所以正在赢得越来越多的厂商青睐,现在这种接口广泛出现在读卡器、MP3、数码相机以及移动硬盘上。

     

     

     

     

    Mini B型4Pin 

      2011年02月16日 - yellowriver - 天道酬勤 玩物丧志

    MiniB型4Pin

    这种接口常见于以下品牌的数码产品:奥林巴斯的C系列和E系列,柯达的大部分数码相机,三星的MP3产品(如Yepp),SONY的DSC系列,康柏的IPAQ系列产品……

      Mini B型4Pin还有一种形式,那就是Mini B型4Pin Flat。顾名思义,这种接口比Mini B型4Pin要更加扁平,在设备中的应用也比较广泛。

     

     

    Mini B型8Pin 

      2011年02月16日 - yellowriver - 天道酬勤 玩物丧志

    MiniB型8Pin

     

     

     

     

     

     

     

    Mini B型8Pin Round   

      2011年02月16日 - yellowriver - 天道酬勤 玩物丧志

      

    这种接口和前面的普通型比起来,就是将原来的D型接头改成了圆形接头,并且为了防止误插在一边设计了一个凸起。

      这种接头可以见于一些Nikon的数码相机,CoolPix系列比较多见。虽然Nikon一直坚持用这种接口,但是在一些较新的机型中,例如D100和CP2000也都采用了普及度最高的Mini B型5Pin接口。

     

     

     

     

    Mini B型8Pin 2×4  

      2011年02月16日 - yellowriver - 天道酬勤 玩物丧志

    MiniB型8Pin2×4

    这种接口也是一种比较常见的接口了,例如我们熟悉的iRiver的著名的MP3系列,其中号称“铁三角”的180TC,以及该系列的很多其他产品采用的均是这种接口。这种接口的应用范围也还算是广,不过从iRiver自3XX系列全面换成Mini B型5Pin的接口后,这种规格明显没有Mini B型5Pin抢眼了。

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  • 全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s,比串口快了整整100倍,而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480Mb/s.这使得高分辨率、真彩色的大容量图象的实时传送成为可能。USB接口支持多个不同设备的串列连接,一个...
  • 全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s,比串口快了整整100倍,而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480Mb/s.这使得高分辨率、真彩色的大容量图象的实时传送成为可能。USB接口支持多个不同设备的串列连接,一个...
  • 接口名称:USB 英文全称:The Universal Serial Bus 中文:通用串行总线 标准维护和制定:USB-IF(USB Implementers Forum, Inc)通用串行总线执行论坛 USB-IF首席成员:INTEL/APPLE/HP/Renesas/Microsoft/ST/TI 网址...
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    接口名称:USB

    英文全称:The Universal Serial Bus

    中文:通用串行总线

    标准维护和制定:USB-IF(USB Implementers Forum, Inc)通用串行总线执行论坛

    USB-IF首席成员:INTEL/APPLE/HP/Renesas/Microsoft/ST/TI

    网址:www.usb.org

    当前规范:USB4.0(基于INTEL Thunderbolt协议,可向下兼容USB3.2、2.0和Thunderbolt 3)

    最新版本:USB3.2 Revision 1.0

    生效时间:2019.09.03

    传输速率:USB4可达40Gbps。

    说明:USB是一个即插即用通用串行接口。当前USB3.2 SSP(SuperSpeed Plus,Gen2)最高速率可达10Gbps.另外概念上包括USB Type-C, USB Power Delivery。

    一、 接口架构

    USB系统主要被定义为三个部分:

    • USB的互连
    • USB的设备
    • USB的主机

    USB的互连是指USB设备与主机之间进行连接和通信的操作,主要包括以下几方面:

    • 总线的拓扑结构:USB设备与主机之间的各种连接方式;
    • 内部层次关系:根据性能叠置,USB的任务被分配到系统的每一个层次;
    • 数据流模式:描述了数据在系统中通过USB从产生方到使用方的流动方式;
    • USB的调度:USB提供了一个共享的连接。对可以使用的连接进行了调度以支持同步数据传输,并且避免的优先级判别的开销 .

    在任何USB系统中,只有一个主机。USB和主机系统的接口称作主机控制器,主机控制器可由硬件、固件和软件综合实现。根集线器是由主机系统整合的,用以提供更多的连接点.

    USB的设备包括:

    • 网络集线器,向USB提供了更多的连接点;
    • 功能器件,为系统提供具体功能,如ISDN的连接、数字的游戏杆或扬声器。

    USB设备提供的USB标准接口的主要依据:

    • 对USB协议的运用;
    • 对标准USB操作的反馈,如设置和复位;
    • 标准性能的描述性信息。

    USB连接了USB设备和USB主机,USB的物理连接是有层次性的星型结构。每个网络集线器是在星型的中心,每条线段是点点连接。从主机到集线器或其功能部件,或从集线器到集线器或其功能部件。如下图所示为USB系统结构。最多可接127台设备.

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    1.1 电气特性

    USB总线已经发展了至少3代,早期的速度为1.5Mbps,然后增加到12Mbps,480Mbps,5Gbps,10Gbps,40Gbps. 根据速率可分为Low Speed、Full Speed、High Speed、Super Speed、Super Speed Plus以及USB4等6个级别,见下表。

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    USB1.0(low Speed)、1.1(Full speed)使用4引脚(VBUSGNDD+D-)连接,只有一对差分对,即Data+和Data-,其连接如下图示。

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    USB2.0主机控制器和集线器提供了一种性能,使全速和低速数据可以在主机控制器和HUB之间高速传输,而HUB和设备之间以全速或低速传输,这种性能将全速和低速设备对高速设备可用带宽的影响减到最小. 低速模式用于支持例如鼠标等数量有限的低宽带设备,因为使用太多这种设备将降低总线的利用率.

    时钟与差动数据一起编码传送,时钟是以带位填充的NRZI方式编码,以保证有足够的跳变沿.接收器用每个包前面的SYNC场同步它们的位恢复时钟.

    每段电缆还有向设备提供电源的VBUS和GND线.VBUS在源极的标称值是+5V.通过选择适当的导线规格来匹配指定的IR drop和其它一些特性,如设备能源预算和电缆适应度.为了保证足够的输入电压和终端阻抗。重要的终端设备应位于电缆的尾部。在每个端口都可检测终端是否连接或分离,并区分出高速,或低速设备.如下图所示,低速设备端在D-必须接上拉电阻,而全还和高速设备则在D+端接上拉电阻,而USB HOST端则必须在D-/D+两条数据线上都接有下拉电阻。

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    USB3.0则增加了2个差分对,专门负责SS和SSP的传输,即增加4个引脚,而为后向兼容USB2.0和1.0,还保留了5个引脚。其连接模型如下图所示2所示。

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    1.2 USB总线拓朴

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    一个USB总线是星形连接的拓朴结构,如下图所示,最多七层,最下层为功能层(FUNCTION),最上层为主机(HOST)。在一个USB总线中,只有一个主机。主机可以连接HUB集线器和设备。一个USB系统包括USB交互Interconnect、USB HOST主机和USB Device设备三部分。USB交互包括Bus Topology、Inter-layer Relationships、Data Flow Models和USB Schedule。

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    1.3 USB电气和机械接口

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    USB连接器Connector包括插头Plug、插座Receptacle和线缆Cable以及带插头或座子

    的转接线缆Cable assembly等.而根据其外型的不同,又把USB插头分为如下六类:

    • Standard -A
    • Standard-B
    • Micro-A
    • Micro-B
    • TYPE-C
    • Mini-B

    把插座分为如下6类:

    • Standard-A
    • Standard -B
    • Micro-B
    • Micro-AB
    • Mini-B
    • TYPE C

    实际上,USB2.0还定义了一种Mini B插座和插头,而TYPE C是最新类型,在USB3.2才

    加入,TYPE C插座只能与TYPE C插头相配置使用,也就是说,C类插头只能插入C类插座中, Micro-AB插座可以插入Micro-A和Micro-B插头两种,其它插座与插头的适配性请见下表。

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    说明:1)USB3.1/3.0标准A型插座一般作为主机HOST端子,一个USB3.1 A型插座(9个引脚)既可以接纳插入USB3.1 A型插头(5个引脚),也可以插入USB2.0 A型(4个引脚)插头,而且一个USB3.1 A型插头也可以插入到USB2.0 A型插座(4个引脚)中,为区分USB3.1/3.0端子与USB2.0端子的区别,其内套塑胶颜色特别涂为蓝色(Pantone 300C)以示区分(USB2.0为黑色)。

    2)USB3.1/3.0标准B插座一般为外设Peripheral端子,一个B型插座既可以接纳插入USB3.1 B型插头,也可以插入USB 2.0 B型插头;但是USB3.1 B型插头却不能插入USB2.0 B型插座中。

    3)USB3.1 Micro-B插座一般为小型手持设备用端子,一个USB3.1 Micro-B型插座既可以接纳插入USB3.1 Micro-B型插头,也可以插入USB 2.0 Micro-B型插头;但是USB3.1 Micro-B型插头却不能插入USB2.0 Micro-B型或USB2.0 Micro-AB型插座中。

    4)USB3.1 Micro-AB插座用途同USB3.1 Micro-B插座,一个USB3.1 Micro-AB型插座既可以接纳插入USB3.1 Micro-A型插头和USB3.1 Micro-B型插头,也可以插入USB 2.0 Micro-A和USB 2.0 Micro-B型插头;但是USB3.1 Micro-B型插头却不能插入USB2.0 Micro-B型或USB2.0 Micro-AB型插座中。此种插座只用OTG用途,其它用途的禁止的!

    5)Micro-A型插头仅用作OTG功能。

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    1.4 OTG功能

    所谓USB OTG(On The Go)是指可以支持HOST(主机)和Peripheral(外设)角色转换的一种USB接口,它一般有5个引脚,在普通4个引脚USB2.0的基础上增加了一个ID引脚,此引脚用来识别OTG与非OTG设备。

    在USB规范中,规定只有MICRO-AB插座支持OTG功能,它可以插入Micro-B和Micro-A插头,当Micro-A类插头(内部ID脚连接到GND地)插入时,ID识别为假(False);只有插入Micro-B类插头(内部ID脚悬空或通过一个大于1M的电阻接地)时,ID识别为真(True),如下图所示。在USB HOST端D+和D-必须接下接电阻RD.当一个OTG A或B类设备当作外设(即DEVICE)使用时,必须使其D+的下拉电阻无效,保持D-的下拉电阻有效。当OTG设备交换主机和外设的角色时,D-的下拉电阻必须保持;当OTA处于主机或外设进行数据传输时,可以使D+和D-两个下拉电阻均无效。

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    二、工作原理

    2.1 USB2.0工作原理

    USB总线属于一种轮询方式的总线,主机控制端口初始化所有的数据传输.每一总线执行动作最多传送三个数据包。

    按照传输前制定好的原则,在每次传送开始时,主机控制器发送一个描述传输运作的种类、方向、USB设备地址和终端号的USB数据包,这个数据包通常称为令牌包(token packet)。USB设备从解码后的数据包的适当位置取出属于自己的数据。数据传输方向不是从主机到设备就是从设备到主机。

    在传输开始时,由令牌包来标志数据的传输方向,然后发送端开始发送包含信息的数据包或表明没有数据传送。接收端也要相应发送一个握手的数据包表明是否传送成功。发送端和接收端之间的USB数据传输,在主机和设备的端口之间,可视为一个通道。存在两种类型的通道:流和消息。流的数据不像消息的数据,它没有USB所定义的结构,而且通道与数据带宽、传送服务类型,端口特性(如方向和缓冲区大小)有关。多数通道在USB设备设置完成后即存在。USB中有一个特殊的通道——缺省控制通道,它属于消息通道,当设备一启动即存在,从而为设备的设置、查询状况和输入控制信息提供一个入口

    事务预处理允许对一些数据流的通道进行控制,从而在硬件级上防止了对缓冲区的高估或低估,通过发送不确认握手NCK信号从而阻塞了数据的传输速度。当不确认NCK信号发过后,若总线有空闲,数据传输将再做一次。这种流控制机制允许灵活的任务安排,可使不同性质的流通道同时正常工作,这样多种流通常可在不同间隔进行工作,传送不同大小的数据包。

    端点Endpoint: 是USB设备的惟一可识别的部分,是主机和设备之间通信流的终点。每一个逻辑设备有若干个独立端点,每一个端点在设计时被分配一个惟一的由设备确定的标识符,称之为端点号.

    USB采用差分技术驱动,USB2.0NRZI编码技术,USB3.0 Gen1采用8B/10B编/解码技术,Gen2采用128B/132B编/解码技术,并且为保证USB总线健壮性以及实现即插即用(Plug&Pull),在数据和控制信息上加了循环冗余码(CRC)、对装卸的检测和系统级资源的设置、对丢失或损坏的数据包暂停传输、利用协议自我恢复和对流数据进行控制,以保证同步信号和硬件缓冲管理的安全以及数据和控制通道的建立,使功能部件的相互不利的影响独立开,消除了负作用等机制来实现。

    USB低速和全速时使用标准帧frame,其帧间长度为1.000ms ±500 ns,高速时使用微帧microframe ,其帧间隔为125.0 μs±62.5 ns.

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    数据传送

    USB支持字节传输,其传送顺序为LSB(Least-Significant Bit),即低位先传送,最后传送最高位(Most-Significant Bit),也称之为little-endian order。

    最开始传送SYNC域(同步),低速和高速SYNC为8位,高速SYNC为32位。作为同步机制的SYNC,其最后2位作为识别SYNC的结束,以便开始传送PID(packet identifier)的开始位。

    数据和控制信号在主机和USB设备间的交换存在单向和双向两种通道。

    USB的数据传送是在主机软件和一个USB设备的指定端口之间。这种主机软件和USB设备的端口间的联系称作通道Pipe。总的来说,各通道之间的数据流动是相互独立的。一个指定的USB设备可有许多通道。例如,一个USB设备存在一个端口,可建立一个向其它USB设备的端口,发送数据的通道,它可建立一个从其它USB设备的端口接收数据的通道.

    USB的结构包含四种基本的数据传输类型

    • 控制数据传输Control Transfer:在设备连接时用来对设备进行设置,还可对指定设备进行控制,如通道控制;控制传输发送设备请求信息,主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址,设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节,而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节.
    • 批量数据传输Bulk transfer:大批量产生并使用的数据,在传输约束下,具有很广的动态范围;非周期性数据传输, 仅全速/高速设备支持批量数据传输,其最大有效负荷可为64个字节.
    • 中断数据传输Interrupt transfer:中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1~255ms,而低速设备的中断传输周期为10~255ms。全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为64个字节,而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为8个字节.
    • 同步数据传输Isochronous transfer:由预先确定的传送延迟来填满预定的USB带宽。同步传输仅适用于全速/高速设备(低速设备不支持同步数据传输)。同步传输每ms进行一次传输,有较大的带宽,常用于语音设备。同步传输每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。

    对于任何对定的设备进行设置时一种通道只能支持上述一种方式的数据传输。对于HOST和HUB而言,还有一种另外的传输-Split Transaction以使低速LS和全速FS设备接入到高速HUB上。

    USB2.0定义了4种分组(packet),即令牌Token、数据Data和握手handshake以及特殊等。其功能地址有128个,即7位。

    一个令牌分组包括PID(8位)、ADDR(地址,7位)、ENDP(endpoint,4位)和CRC(5位)等4部分构成,如下图所示。它只有3个字节,而有一种特殊的、专门为Split设计的SPLIT令牌分组则为4个字节。令牌分组分为IN、OUT、SOF及SETUP等四类。

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    SOF帧开始分组(Start of Frame Packet)则包括PID、FrameNumber及CRC三部分构成,如下图所示。

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    一个数据分组Data Packet包括PID、DATA负荷及CRC三部分构成。所传送数据负荷最大值:低速设备为8个字节,全速为1023个字节,高速设备为1024个字节。数据分组分为DATA0、DATA1、DATA2及MDATA等类别。

    一个握手分组Handshake Packet只包含一个8位的PID。包括ACK、NAK、STALL、NYET及ERR(仅高速适用)等5种握手分组。

    所谓的特殊分组包括PRE、ERR、SPLIT、PING及其它保留的分组等。

    对于功能,它的地址包括两部分:function address field 和 endpoint field。地址address field包含128个,endpoint field为4位。注意:上电初,默认的地址为0.

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    下表为分组的汇总。

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    机电特性

    USB2.0可以提供5V/500mA电能,USB3.0可以提供5V/900mA,到了USB3.1则可以提供5V/1.5A和5V/3.0A两种电能。

    传统USB电缆包括4根导线,即2根电源线,2根信号线, 低速USB无须使用双绞线,即UTP(un-Twisted Pair),而全速和高速传输需要使用双绞信号线(Twisted Pair Signal conductor)。

    USB Micro-AB(OTG)刚包括5根导线,2根电源线,2根信号线,1根ID线。

    最新的TYPE-C电缆则包括24根线,可以支持反插,无须考虑方向。详情见第一节.接口结构。

    eUSB(低电压USB)的工作原理

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    2.2 USB3.X工作原理

    截止至今,USB3.X包括USB3.0、3.1及3.2. USB3.X相对USB2.0,其传输速率更高,由480Mbps提高到5Gbps和10Gbps。其工作原理有比较大的变化。设备框架命令Device Frame Command和描述符descriptor未变,同USB2.0.发送和接收使用单独的Lane(通道),一个通道是一个差分对,以实现“全双工”的传输。USB3.2定义了两类设备可以连接到Enhanced SuperSpeed host主机:Peripheral Devices外设和HUB集线器。USB3.2主机支持双总线架构,即既要支持USB2.0(HS/FS/LS),也要支持USB3.X SuperSpeed。如下图所示

    SuperSpeedPlus主机要求支持USB PTM(Precision Time Management)

    一个USB设备有两种管道Pipe: Message和Stream.例如Default Control Pipe默认控制管道,就是一个Message管道。继承四种传输类型,但对BULK批量传输进行了扩展--称作Stream。

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    电缆的电气特性要求:

    USB SS SDP差分对的阻抗为90 Ω +/- 7 Ω. 使用TDR进行测量时,使用上升时间为200 ps (10%-90%)的波形

    USB SDP Intra-Pair Skew<15 ps/m. 使用TDR进行测量时,使用上升时间为200 ps (10%-90%)的波形在输入电压的50%跨接点。

    差分对插入损耗:根据不同的线径其插入损耗不同,参考下表(当差分阻抗为90欧)。

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    连接器的电气特性要求:

    差分阻抗为90 Ω +/-15 Ω(TDR使用50ps上升时间(20%~80%)进行测量)

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    USB3.X Gen1 发射器和接收器方框图(左为发射器,右为接收器)

    USB3.X Gen1(5Gbps)使用8b/10编码技术(参考ANSI X3.230-1994 (或ANSI INCITS 230-1994), clause 11,并使用LFSR(Linear Feedback Shift Register)加扰技术(Data Scrambling)。

    USB3.X同样使用分组Packet格式,它包括LMP(Link Management Packets), TP(Transaction Packets), ITP(Isochronous Timestamp Packets )和DP(Data Packets),它们都是14个字节包头在前+2个字节Link Control Word在最后,其中包头里含有2个字节的CRC(即CRC16),要求包头的不可恢复或不可检测的错误率小于1/1020

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    USB3.X Gen2 发射器和接收器方框图(左为发射器,右为接收器)

    三、设计应用

    3.1上拉电阻和下拉电阻的选择

    低速设备需要接D-上拉电阻1.5K+-5%,全速设备(高速设备)D+接上拉电阻1.5K+-5%,特别要注意的是高速设备先被当作全速设备来识别和工作,然后切换到高速模式。

    下拉电阻的范围为14.25 K~24.80 K(早期标称值为15K+-5%).2.5us

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    USB3.X在TX端需要接AC耦合电容(75nF~265nF).电缆长度最长为3米。VBUS最大允许压降为330mV.为防止偏置电压对RX端的影响,建议RX端的差分脚也加上AC耦合电容(297~363nF).

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    一个USB3.0 HUB其上行和下行端口(即接USB设备的一端)需要加一个不小于120uF的滤波电容.而USB3.0设备端的VBUS线必须接不小于1uF的旁路电容.

    USB suspend电流为2.5mA.高电流为900mA(Gen1)和1500mA(Gen2),低电流为150mA(Gen1)和250mA(Gen2).VBUS供电范围为5V+-0.25V(5%),而HUB其上行端口输入电压为4.75V~5.50V(考虑到TYPE C的需求而调高).上行端口地与下行端口地之间以及VBUS之间的压降最大均为171mV.上行和下行金属连接端脚的压降最大为27mV.当VBUS为4V时,HUB和外设设备应还能给出配备信息.

    TYPE C规格定义最小供电电流为3A,其最高供电电压为5.5V.

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