USB2.0协议规范详解

一、USB2.0介绍

1. USB 是一种支持热插拔的高速串行传输总线，使用差分信号来传输数据，最高速度
   可达 480Mb/S。USB 支持“总线供电”和“自供电”两种供电模式。在总线供电模式下，USB2.0设备最多可以获得500mA的电流。
   ? 2.USB2.0 被设计成为向下兼容的模式，当有全速 （USB 1.1）或者低速（USB 1.0）设备连接到高速（USB 2.0）主机时，主机可以通过分离传输来支持它们。
   ? 3.一条 USB 总线上，可达到的最高传输速度等级由该总线上最慢的“设备”决定，该设备包括主机、HUB以及USB功能设备。
   ? 4.USB 体系包括“主机”、“设备”以及“物理连接”三个部分。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；
   ? 5.设备包括 USB功能设备和 USB HUB，最多支持 127个设备；物理连接即指的是USB 的传输线。在USB 2.0系统中，要求使用屏蔽的双绞线。USB 体系采用分层的星型拓扑来连接所有USB设备。
   ? 6.以 HOST-ROOT HUB为起点，最多支持 7 层（Tier），也就是说任何一个USB 系统中最多可以允许 5个 USB HUB 级联。一个复合设备（Compound Device）将同时占据两层或更多的层。
   ? 7.一个 USB HOST 最多可以同时支持 128 个地址，地址 0 作为默认地址，只在设备枚举期间临时使用，而不能被分配给任何一个设备，因此一个 USB HOST 最多可以同时支持 127 个地址，如果一个设备只占用一个地址，那么可最多支持 127个 USB设备（含USB HUB）。 
2. USB连接器支持热拔插；高速/全速USB线缆要求使用内含双绞线的屏蔽线，而且必须打上符合USB使用标记；低速USB推荐但非要求使用双绞线和屏蔽线； 

二、USB2.0物理规范

控制传输：适用于突发性、非周期性的传输，常用于命令和状态的传输。 (非周期性传输 )同步传输：适用于周期性、持续性的传输，常用于与时间相关的事件、信息的传送，并在传输的数据中保存时间信息。(周期性传输 )中断传输：适用于传输频率低、数据量小的传输。 (周期性传输)
大容量传输：适用于非周期性的、数据是大量并突发的传输 ,常用于那些需要占据大量带宽，但又容许时延的数据传输。(非周期性传输 ) 

USB 电气规范，USB驱动器特性 

? 1.FS &LS输出的低电平电压0~0.3V；输出高电平电压2.8V~3.6V；
? 2.HS输出的差分低电平电压-10~+10mV；输出差分高电平电压360~440mV；
? 3.USB Port信号还必须能连续耐受与Vbus、GND或其他数据线的短路；
? 4.USB Port信号在任何驱动状态都必须能连续耐受如下电压波形 

三、USB 电气规范，FS 驱动器特性

? 1.连接要求用屏蔽的双绞线，差分阻抗90ohm±15%；共模阻抗30±30%；单线最大延迟26ns；
? 2.不支持HS的，每条线驱动器的阻抗要求28~44ohm；
? 3.支持HS的，每条线驱动器的阻抗要求40.5~49.5ohm 

四、USB 电气规范，HS (480Mbps)驱动

? 1.输出驱动器单端阻抗45?±10%，差分阻抗90?±10%；
? 2.D+或D-输出高电平：400mV±10%；输出低电平：0±10mV;
? 3.电流驱动方式，D+或D-正常驱动电流17.78mA;
? 4.下行端口D+或D-下拉15K ? ±10%电阻到GND(要关注IC是否内部集成此电阻,参考如下摘录);
? 5.要求使用屏蔽线。要求差分阻抗90ohm±15%，共模阻抗30ohm±30%；单线路延迟；
? 6.PCB板内走线控制差分阻抗90ohm，延迟可达4ns（长度约20inch以上）；
? 7.信号的上升时间/下降时间。
? 7.1 FS/LS模式，Tr/Tf (10%~90%)时间：4~20ns，1.3V
? 7.2 HS ，Transmitter/Receiver Test Fixture(用100?差分探头测USB眼图) 

五、HS接收器特性 

? 1.能接受符合模板要求的信号；
? 2.推荐能接收-50mV~500mV的共模信号；
? 3.能接收在复位握手期间的–50mV~600mV低频chirp J 和 K 信号；
? 4.禁止在高速箝位电平(VHSSQ)以下恢复数据；HSSQ:100mV~150mV;
? 5.高速包的同步信号：至少12bit的SYNC (KJKJKJKJKJKK)；
? 6.下行端口还必须具备检查连线断开能力；断开电平： 525mV~625mV; 

六、设备的插入移除和速率识别

当集线器端口没有设备插入时，输入端被这两个下拉电阻拉到低电平。当设备插入到集线器时，接了上拉电阻的数据线的电压由1.5kΩ的上拉电阻和15kΩ的下拉电阻分压，大概 3V左右。集线器检测到该状态后就上报给Host控制器，这样就检测到设备插入。

通过检测高电平的数据线是D+还是D-来判断设备是什么速度类型。

在 USB 设备端，在D+或者D-上，接了一个 1.5kΩ的上拉电阻到 3.3V 的电源（3V to 3.6V）。对于高速设备和全速设备，上拉电阻接在D+上；低速设备上拉电阻接在D-上。

高速设备会首先被判断为全速设备，然后通过集线器和设备两者确认，切换到高速模式下。高速模式下是电流传输模式，此时需要把 D+的上拉电阻断开。

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来源：bo2016