常用通信接口电气特征（七）：USB(程序员大本营) / 开普饭

USB即通用串行总线，接口、引脚定义及电平在不同代有不同的要求。

现在常用USB 2.0和USB 3.x。USB 3.X向下兼容，比2.0多了一对高速差分接收和一对高速差分发送。
USB1和USB2可能用到接口类型有Type A、mini A, micro A、B、mini B、micro B，USB 3.x接口类型改为了A、B、micro B 和 C。2007起，Mini-A和Mini-AB接口已经不再使用。

USB1.0 和2.0引脚定义：

USB3.x引脚定义：
若采用Type A/B则有9 Pin，若采用Type C则有22 pin。USB3.X可以向下兼容USB1和USB2.
若采用Type A/B的usb 3.x:

采用type C的usb 3.x：

D+/D-：当USB3接口不可用的时候，这些引脚为USB2信号提供信号通道，因此兼容USB2电平。
Vbus/GND：这些引脚能够为上行数据接口提供100W的供电能力，或者在一些情况下支持点对点供电。
剩余的连接是“非对称”的，也就是说在连接器插入方向错误时这些连接无法正常工作，除非这些端口在电气或逻辑上做了修正，USBs Type-C的非对称连接包含：
Tx1/2，Rx1/2：提供最多2个通道的超速数据链路，实现双向高达20Gbps的带宽。
CC1/CC2：配置通道信号用于连接的发现、配置和管理。请注意它们中仅一个信号用作配置通道，另一个在上行数据端口中用于为USB逻辑供电。
SBU1，SUB2：边带使用（Side Band Use）信号适用于传输非USB信号，它们用于模拟音频模式，也可用于可选（Alternate）模式.
CC(Configuration Channel):配置通道作用：检测USB端口是否连接设备;决定电缆和双绞线的连接方向，以建立USB数据总线路由;在两个端口间，建立“host”和“device”的角色; 发现和配置VBUS; 配置VCONN;发现和配置可选的替代和辅助模式。

传输速率：
USB版本理论最大传输速率速率称号最大输出电流推出时间
USB 1.01.5Mbps(192KB/s)低速(Low-Speed)5V/500mA1996年1月
USB 1.112Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed) 5V/500mA1998年9月
USB 2.0480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)5V/500mA2000年4月
USB 3.0（USB 3.1 Gen 1）5Gbps(500MB/s)超高速(Super-Speed)5V/900mA2008年11月 / 2013年12月
USB 3.1 Gen 210Gbps(1212MB/s)超高速+(Super-speed+)20V/5A2013年12月
值得一提的是Thunderbolt 2和3也是采用type C接口，理论最高速度分别为20Gbps和40Gbps。
Note: 若编码无损失，则8bps=1Byte/s=1B/s，若采用8b/10b编码，有效数据为80%，则10bps=1B/s；若采用128b/132b编码，则132b/s=128B/s.
1Gbps=1000kbps=10^6bps; 通讯速率单位
1GB/S=1024kB/s=2^20B/s;计算机数据单位Byte/s
双工类型: USB1和2双工半双工；USB3.X全双工。

电平类型及范围：
USB 2.0:
对于USB 2.0 采用差分线进行数据传输，D+/D-采用（3.3V逻辑电平）。
差分信号高电平：D+>2.8V，D-<0.3V。不直接代表逻辑。
差分信号低电平：D->2.8V， D+<0.3V。不直接代表逻辑。
单端0状态（SE0）:D+<0.3V, D-<0.3V；一般用于复位信号，SE0状态维持10ms以上则复位。
单端1状态（SE1）:D+>2.8V，D->2.8V；无效状态，一般不出现。
低速下：差分信号高电平（D+>2.8V,D-<0.3V）为K状态，低电平(D->2.8V,D+<0.3V)为J状态；
高速和全速下：差分信号高电平为J状态，低电平(D->2.8V,D+<0.3V)为K状态；
主机默认在D+和D-都有15k电阻下拉，若从机D+有1.5k电阻上拉则为高速或全速设备，若D-有1.5k上拉则为低速设备。

电平变化与逻辑关系：
差分信号状态并不直接代表数据状态0或1，而是指示逻辑电平有变化。USB采用不归零取反（NRZI）来传输数据，当传输线上的差分数据输入0时就取反，输入1时就保持原值无变化保持1，有变化变为零。当在USB总线上发送一个包时，传输设备就要进行位插入操作(即在数据流中每连续6个1后就插入一个0)，从而强迫NRZI码发生变化。

空闲(idle)状态：J状态，即数据发送前的总线状态。
挂起(suspend)状态：3ms以上的J状态。
同步（sync）状态：3个KJ状态切换，并跟随2位时间的K状态。

恢复（Resume）状态：20ms的K状态+低速EOP.
1）主机在挂起设备后可通过翻转数据线上的极性并保持20ms来唤醒设备，并以低速EOP信号结尾。
2）带远程唤醒功能的设备还可以自己发起唤醒型号：前提是设备已经进入idle至少5ms，然后发出唤醒K信号，维持1ms至15ms并由主机在1ms内接管继续驱动唤醒信号。

起始（Start of Package, SOP）状态：从空闲状态切换到K状态。
结尾（End of Package，EOP）状态：持续2位时间的SE0状态，随后跟随1位时间的J状态。
数据在USB线里传送是由低位到高位发送的。USB数据是由二进制数字串构成的，首先数字串构成域(有七种)，域再构成包（令牌包，数据包，握手包），包再构成事务(IN、OUT、SETUP)，事务最后构成传输(中断传输、并行传输、批量传输和控制传输)。
数据包格式：

包是USB总线数据传输的最小单位，不能被打断或干扰，否则会引发错误。若干个数据包组成一次事务传输，一次事务传输也不能打断，属于一次事务传输的几个包必须连续，不能跨帧完成。一次传输由一次到多次事务传输构成，可以跨帧完成。

对于USB3.X高速差分对，电压电平定义有：差分信号电压摆动典型0.5V，最小0.2V，最大0.6V。共模电压最小值为0V，最大为2.2V。
在这里直流量定义为FDC<30 kHz的频率分量,交流定义为FDC> 30 kHz的频率分量.

USB 3.0 采用8b/10b编码，USB3.1采用128b/132b编码。

传输阻抗：典型90欧，最小72，最大120.
允许并联电容：USB3.0 USB 3.1最大允许265n
支持设备数量：一个接口一对一，USB3.0可以通过hub拓展道32个.
应用场合：

常用通信接口电气特征（七）：USB(程序员大本营)

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