USB chirp信号测试

以下的内容转载自USB chirp信号测试，在这篇文章中详细的解释了USB高速设备的握手过程，以及通过分析D+和D-上面的波形来进行说明。很赞的一篇文章。

1 信号及原理分析

1.1 KJ信号说明

USBchirp信号分为K信号和J信号。根据USB速率将chirp信号做如下区别：

USB速率	Chirp	DP	DM	空闲状态
Low Speed	K	1	0	K
	J	0	1
Full Speed	K	0	1	J
	J	1	0
High Speed	K	0	1	SE0
	J	1	0
	SE0	0	0

1.2 USB全速高速识别过程分析

根据规范，全速（FullSpeed）和低速（LowSpeed）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。

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。

表1中图3展示了一个高速设备连接到USB2.0的hub上的协商（negotiation）情形。

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。

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。

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。因为此时高速设备的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(Ohm)的终端电阻，2电阻并联后仍是45欧姆左右的阻抗，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。

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。

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。

再回到设备端来。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（high-speedtermination），实际上就是全速/低速差分驱动器；

3.进入默认的高速状态。

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17.78mA*22.5Ohm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。

1.3信号测试及判断注意事项

1.     高速检测握手协商是在主机发出复位（reset）信号期间，由设备发起的，由主机响应的过程；

2.     主机使用SE0状态reset设备之后需要使用高速握手协商（chirp handshake）才可以再次正常通信；

3.     主机使用全速的idle状态suspend设备之后需要通过resume过程使设备进入工作状态，这个过程不需要高速握手协商；

4.     全速/低速模式时主机resume设备的是通过保持K状态20ms；高速下这20ms的K状态以转换成SE0状态后结束，然后主机和设备在两次低速位（2 low speed bit times）内必须保持在高速终端模式；

5.     DEVICE_REMOTE_WAKEUP  feature，该特性用来在设备被挂起（suspend）后，主机可以使用resume信号来唤醒设备。该特性是主机使用SET_FEATURE和CLEAR_FEATURE请求对进行设置和清除的。

 

2 测试表格及结果分析

 (1)基于高速传输的电路

(2)高速同步模式

理论波形特征:

实测结果:

同步模式为实测波形的后半部分红圈所示,为正常波形。

(3)高速速率协商

理论波形特征:

实测结果

如实测波形图，上图为整体波形,下图为上图红圈的放大部分，可见，

1.      模块被退出idle（2.9V左右电平）模式1.5ms之后；

2.      首先D-上发出持续2ms左右的chirp K信号（800mV电平）；

3.      主机回复chirp JK序列（800mV电平）

4.      设备收到之后断开1.5K上拉电阻，波形赋值降低一半（400mV电平）；

上述第2步是设备通知主机自己是高速设备，第3步是主机响应设备的通知，第4步电平赋值减半表示协商成功，执行同步动作。

800mV和400mV电平正常，空闲状态高电平2.9V左右（与理论不符）

(4)主机复位设备--RESET

理论波形特征:

从图序3可以看出，复位信号是正常的。

电平幅值较低

(5)主机挂起设备--SUSPEND

理论波形特征:

实测结果:

正常，高电平值2.8V左右

(6)主机唤醒设备--RESUME