USB 基本知识

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看到网络上有很多USB，Mini-USB接口的文章，里面很多的贴图要么不清楚（不是照片，而是手画的），要么就是错误的（按照它的标法插头都插不到插座里），考虑到USB连线和接口的广泛使用，特重新整理编辑，希望对大家有所帮助。    

下面介绍的是标准USB接口定义

USB是一种常用的PC接口，只有4根线，两根电源两根信号，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉USB设备或者电脑的南桥芯片！

其中ID脚在OTG功能中才使用。由于Mini-USB接口分Mini-A、B和AB接口。

如果你的系统仅仅是用做Slave，那么就使用B接口。

系统控制器会判断ID脚的电平判断是什么样的设备插入，如果是高电平，则是B接头插入，此时系统就做主模式(master mode)

如果ID为低，则是A接口插入，然后系统就会使用HNP对话协议来决定哪个做Master，哪个做Slave。

这些说明为技术人员总结的，仅供参考。

我们手机上一般用的都是B型Mini-USB口

下面贴一张常见的USB接口图片

从左往右依次为：miniUSB公口(A型插头)、miniUSB公口(B型插头)、USB公口(B型)、USB母口(A型插座)、USB公口(A型插头)

USB是英文Universal Serial BUS的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的接口技术。从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为2.0版本，成为目前电脑中的标准扩展接口。目前主要是采用USB1.1和 USB2.0，目前厂商正积极地开发3.0版本。各个版本的USB最大的不同是传输速率的差异。USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps。

所谓的Mini USB指代的小型USB接口，简单的说就是小一号的USB接口，和USB的功能及技术指标一致。

标准USB，Mini-USB接口定义 

下面介绍的是标准USB接口定义

USB是一种常用的PC接口，只有4根线，两根电源两根信号，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉USB设备或者电脑的南桥芯片！

其中ID脚在OTG功能中才使用。由于Mini-USB接口分Mini-A、B和AB接口。

如果你的系统仅仅是用做Slave，那么就使用B接口。

系统控制器会判断ID脚的电平判断是什么样的设备插入，如果是高电平，则是B接头插入，此时系统就做主模式(master mode)

如果ID为低，则是A接口插入，然后系统就会使用HNP对话协议来决定哪个做Master，哪个做Slave。

这些说明为技术人员总结的，仅供参考。

我们手机上一般用的都是B型Mini-USB口

下面贴一张常见的USB接口图片

从左往右依次为：miniUSB公口(A型插头)、miniUSB公口(B型插头)、USB公口(B型)、USB母口(A型插座)、USB公口(A型插头) 

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USB OTG

简单地说，OTG就是On The Go，正在进行中的意思

A设备作为默认主机半提供VBUS电源，并在检测到有设备连接时复位总线、枚举并配置B设备. OTG标准为USB增添的第二个新协议称为对话请求协议（SRP）。SRP允许B设备请求A设备打开VBUS电源并启动一次对话。一次OTG对话可通过A设备提供VBUS电源的时间来确定（注：A设备总是为VBUS供电，即使作为外设）。也可通过A设备关闭VBUS电源来结束一闪会话以节省功耗，这在电池供电产品中是非常重要的。

两用OTG设备完全符合USB 2.0规范,同时,他还要提供有限的主机能力和一个MiniAB插座、支持主机流通协议(Host Negotiatio n Protocol, HNP),并和外设式OTG设备一样支持事务请求协议(Session Request Protocol, SRP)。当作为主机工作时,两用OTG设备可在总线上提供8 mA的电流,而以往标准主机则需要 提供100～500 mA的电流。 

设备的初始功能是通过定义连接器来实现的。OTG定义了一个叫做MiniAB的袖珍插孔，他能直接接入MiniA或者MiniB插口，MiniAB有一个ID引脚 上拉至电源端，MiniA插头有一个与地连接好的ID（R<10 Ω），Mini B插头有一个与地连接的开路ID引脚(R>100 kΩ)。当2个OTG设备连接到一起的时候，MiniA插头边的ID引脚会注入一个“0”状态，MiniB插头边的ID引脚为 “1”，ID为0的OTG设备默认为主机（Adevice），ID为1的OTG设备默认为从机（B device）。图1对上述内容进行了图解［4］。

USB上拉电阻阻值是1.5k，数据电平是3.3V

 问题一：USB的传输线结构是如何的呢？

答案一：一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、D-四条线构成，D+和D-是差分输入线，它使用的是3.3V的电压（注意哦，与CMOS的5V电平不同），而电源线和地线可向设备提供5V电压，最大电流为500MA（可以在编程中设置的，至于硬件的实现机制，就不要管它了）。

·电压调整器：片内集成了一个3．3V的调整器用于模拟收发器的供电。

　　·PLL：片上集成了6MHZ到48MHZ时钟乘法，允许使用低成本的6MHZ晶振，电磁干扰也由于使用低频晶振而降低。

　　·位时钟恢复：位时钟恢复电路采用4倍过采样原理，从输入的USB数据流中恢复时钟，能跟踪USB规定范围内的抖动和频漂。

USB 2.0规格要求D+、D- 线上的信号电压在0 到 3.3V之间，但主机提供的VCC及其后的VBUS都是5V。基于这个原因，较新的USB收发器都具有内置调压器，将5V VBUS转换成3.3V供应数据传输使用。

上行和下行数据收发器也是一样。为配合这个需要，收发器可适应5V或 3.3V电源。举例说，USB1T1102及即将推出的USB1T1104 和 USB1T1105均具有VCC 和VREG引脚。当采用来自主机VBUS或集线器的5V电源时，VREG是透过收发器输出的3.3V电压供电.

USB规范按照设备工作时吸取的电流大小又规定了两种设备：low pwer和high power设备，low power设备任何情况下不得吸取超过100mA的电流，high power设备在正确配置之前不得吸取超过100mA的电流，如果已经配置，任何情况下不得吸取超过500mA的电流。

USB设备的电源设计考虑

　　USB1.0：1.5Mbps(192KB/s)低速(Low-Speed)500mA……1996年1月 

　　USB1.1：12Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed)500mA……1998年9月 

　　USB2.0：480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)500mA……2000年4月 

　　USB3.0：5Gbps(0MB/s)超速(Super-Speed)900mA……2008年11月 

USB 2.0接口标准的三种速度规格 

High-speed 25Mbps～400Mbps(最大480Mbps) (高速)

Full-speed 500Kbps～10Mbps(最大12Mbps)  （全速）

Low-speed 10Kbps～100Kbps（最大1.5Mbps

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。

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）

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。

布线时USB2.0数据线阻抗要求控制在90欧姆

在绘制USB2．O设备接口差分线时，应注意以下几点要求： ①在元件布局时，应将USB2．O芯片放置在离地层最近的信号层，并尽量靠近USB 插座，缩短差分线走线距离。 ②差分线上不应加磁珠或者电容等滤波措施，否则会严重影响差分线的阻抗。 ③如果USB2．O接口芯片需串联端电阻或者D 线接上拉电阻时．务必将这些电阻尽 可能的靠近芯片放置。 ④将USB2．O差分信号线布在离地层最近的信号层。 ⑤在绘制PCB板上其他信号线之前，应完成USB2．0差分线和其他差分线的布线。 ⑥保持USB2．O差分线下端地层完整性，如果分割差分线下端的地层，会造成差分 线阻抗的不连续性，并会增加外部噪声对差分线的影响。 ⑦在USB2．0差分线的布线过程中，应避免在差分线上放置过孔(via)，过孔会造 成差分线阻抗失调。如果必须要通过放置过孔才能完成差分线的布线，那么应尽 量使用小尺寸的过孔，并保持USB2．0差分线在一个信号层上。 ⑧保证差分线的线间距在走线过程中的一致性，使用Cadence绘图时可以用shove 保证，但在使用Protel绘图时要特别注意。如果在走线过程中差分线的间距发生 改变，会造成差分线阻抗的不连续性。 ⑨在绘制差分线的过程中，使用45°弯角或圆弧弯角来代替90°弯角，并尽量在 差分线周围的150 mil范围内不要走其他的信号线，特别是边沿比较陡峭的数字信 号线更加要注意其走线不能影响USB差分线。 ⑩差分线要尽量等长，如果两根线长度相差较大时，可以绘制蛇行线增加短线长 度。