USB设备端上拉电阻功能研究.ppt

USB设备端上拉电阻功能研究 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 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 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 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 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 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 4 高速设备的连接与识别 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 下图展示了一个高速设备连到USB2 0hub上的情形 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 ended0 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 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ChirpK信号 ChirpK信号的持续时间是1ms 7ms 4 高速设备的连接与识别 在hub端 虽然下达了复位信号 并一直驱动着SE0 但USB2 0的高速接收器一直在检测ChirpK信号 如果没有ChirpK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ChirpK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 设备发送的ChirpK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40us 60us之间 KJ序列停止后的100 500us内结束复位操作 hub发送ChirpKJ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 执行1 2两步后 USB信号线上看到的现象就发生变化了 hub发送出来的ChirpKJ序列幅值降到了原先的一半 400mV 这是因为设备端挂载新的终端电阻后 配上原先hub端的终端电阻 并联后的阻抗是22 5欧姆 400mV就是由17 78 22 5得来 以后高速操作的信号幅值就是400mV而不像全速 低速那样的3V 至此 高速设备与USB2 0hub握手完毕 进行后续的480Mbps高速信号通信 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 故不能通过检测SE0信号判断设备的断开当高速设备断开时 D 和D 线上的差分信号幅度将会变成两倍大小 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 表示设备已断开 USB协议规定信号差分幅值 625mV时 必须可靠地激励断开包络检波器 信号差分幅值 525mV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