USB设备端上拉电阻功能研究解读课件

USB设备端上拉电阻功能研究USB设备端上拉电阻功能研究1 11.上拉电阻的功能与规范要求USB协议中要求设备端在USB数据线（D+或D-）上接一个上拉电阻（Rpu），用来区分不同速度的设备。该电阻阻值要求为1.5k欧姆5%。下文介绍不同速度的USB设备与主机连接和断开的具体过程以及上拉电阻是如何发挥作用的。1.上拉电阻的功能与规范要求USB协议中要求设备端在USB数22.低/全速设备的连接与识别由于集线器端两条数据线（D+D-）均接有15K欧姆的下拉电阻，当没有设备连接时，集线器端D+D-数据线电平为低.当设备连接后，集线器对设备加电，这时由于设备端1.5K欧姆上拉电阻的作用有一根数据线电平被拉高，集线器检测到该数据线为高电平就知道有设备插入，并根据数据线的不同判断设备为低速还是全速。2.低/全速设备的连接与识别由于集线器端两条数据线（D+D-32.低/全速设备的连接与识别当D+线为高时，为全速设备；D-线为高时，为低速设备。检测到设备连接后，集线器向主机报告，主机向集线器发送Get_Port_Status请求（这个过程设备不必关心）。集线器接到Get_Port_Status请求后对设备进行复位，复位成功后，主机对设备进行枚举。2.低/全速设备的连接与识别当D+线为高时，为全速设备；D-43.低/全速设备的断开集线器在总线空闲时检测设备断开连接信号（SE0信号持续2.5us，即D+D-均为低电平的时间超过2.5us）。当集线器检测到该信号时，向主机报告设备已断开，主机再进行一系列动作。设备端可以通过断开上拉电阻实现设备断开（此时设备仍可插在USB口上）。3.低/全速设备的断开集线器在总线空闲时检测设备断开连接信号54.高速设备的连接与识别4.高速设备的连接与识别64.高速设备的连接与识别高速设备的连接与识别比较特殊，高速设备具有低/全速设备没有的特点，第一高速设备是由电流驱动的，第二高速设备的信号幅值为400mV。在结构上，高速设备收发器比低/全速设备多了一个高速电流驱动器，高速差分信号接收器，一个传输包检查器，一个断开包检查器。4.高速设备的连接与识别高速设备的连接与识别比较特殊，高速设74.高速设备的连接与识别高速设备初始是以一个全速设备的身份出现的，即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，高速的hub需要检测所挂上来的设备是高速还是全速。高速的设备需要检测hub是否支持高速设备，若支持就切到高速模式工作，若不支持就以全速模式工作。4.高速设备的连接与识别高速设备初始是以一个全速设备的身份出84.高速设备的连接与识别下图展示了一个高速设备连到USB2.0 hub上的情形：4.高速设备的连接与识别下图展示了一个高速设备连到USB2.94.高速设备的连接与识别hub检测到有设备插入/上电时，向主机通报，主机发送Set_Port_Feature请求让hub复位新插入的设备。设备复位操作是hub通过驱动数据线到复位状态SE0(Single-ended 0，即D+和D-全为低电平)，并持续至少10ms。4.高速设备的连接与识别hub检测到有设备插入/上电时，向主104.高速设备的连接与识别高速设备看到复位信号后，通过内部的电流源向D-线持续灌大小为17.78mA电流。此时高速设备的1.5k上拉电阻还未撤销，在hub端，全速/低速驱动器形成一个阻抗为45欧姆的终端电阻，所以在hub端看到一个约800mV的电压（45欧姆*17.78mA），这就是Chirp K信号。Chirp K信号的持续时间是1ms7ms。4.高速设备的连接与识别高速设备看到复位信号后，通过内部的电114.高速设备的连接与识别在hub端，虽然下达了复位信号，并一直驱动着SE0，但USB2.0的高速接收器一直在检测Chirp K信号，如果没有Chirp K信号看到，就继续复位操作直到复位结束，之后就在全速模式下操作。如果只是一个全速的hub，不支持高速操作，那么该hub不理会设备发送的Chirp K信号，之后设备也不会切换到高速模式。4.高速设备的连接与识别在hub端，虽然下达了复位信号，并一124.高速设备的连接与识别设备发送的Chirp K信号结束后100us内，hub必须开始回复一连串的KJKJKJ.序列，向设备表明这是一个USB2.0的hub。这里的KJ序列是连续的，中间不能间断，而且每个K或J的持续时间在40us60us之间。KJ序列停止后的100500us内结束复位操作。hub发送Chirp KJ序列的方式和设备一样，通过电流源向差分数据线交替灌17.78mA的电流实现。4.高速设备的连接与识别设备发送的Chirp K信号结束后1134.高速设备的连接与识别设备检测到6个hub发出的Chirp 信号后（3对KJ序列），它必须在500us内切换到高速模式。切换动作有：1.断开1.5k的上拉电阻。2.连接D+/D-上的高速终端电阻（45欧姆），实际上就是全速/低速差分驱动器。3.进入默认的高速状态。4.高速设备的连接与识别设备检测到6个hub发出的Chirp144.高速设备的连接与识别执行执行1 1，2 2两步后，两步后，USBUSB信号线上看到的现象就发生信号线上看到的现象就发生变化了：变化了：hubhub发送出来的发送出来的Chirp KJChirp KJ序列幅值降到了原序列幅值降到了原先的一半，先的一半，400mV400mV。这是因为设备端挂载新的终端。这是因为设备端挂载新的终端电阻后，配上原先电阻后，配上原先hubhub端的终端电阻，并联后的阻端的终端电阻，并联后的阻抗是抗是22.522.5欧姆。欧姆。400mV400mV就是由就是由17.78*22.517.78*22.5得来。以得来。以后高速操作的信号幅值就是后高速操作的信号幅值就是400mV400mV而不像全速而不像全速/低低速那样的速那样的3V3V。至此，高速设备与至此，高速设备与USB2.0 hubUSB2.0 hub握手完毕，进行后续握手完毕，进行后续的的480Mbps480Mbps高速信号通信。高速信号通信。4.高速设备的连接与识别执行1，2两步后，USB信号线上看到154.高速设备的断开由于高速设备运行是断开由于高速设备运行是断开1.5K1.5K上拉电阻的，故不能上拉电阻的，故不能通过检测通过检测SE0SE0信号判断设备的断开信号判断设备的断开当高速设备断开时，当高速设备断开时，D+D+和和 D-D-线上的差分信号幅度线上的差分信号幅度将会变成两倍大小，将会变成两倍大小，主机端下行收发器中的断开包主机端下行收发器中的断开包络检波器感应到这个两倍大小的电压后输出为高，络检波器感应到这个两倍大小的电压后输出为高，表示设备已断开。表示设备已断开。USBUSB协议规定信号差分幅值协议规定信号差分幅值625mV 625mV 时，必须可靠地激励断开包络检波器；信时，必须可靠地激励断开包络检波器；信号差分幅值号差分幅值525mV525mV时，不能激励断开包络检波器。时，不能激励断开包络检波器。芯片可以通过断开端接电阻实现设备的断开？芯片可以通过断开端接电阻实现设备的断开？4.高速设备的断开由于高速设备运行是断开1.5K上拉电阻的，16