USB 速度识别
文章目录
- USB 速度识别
-
- 低速设备
- 全速设备
- 高速设备
- 复位
- 高速模式握手过程
-
- 全速 J 状态
- SE0 状态
- 设备产生 Chirp K
- 主机产生 KJ 序列
- 设备挂载高速终端电阻
- 空闲状态
-
- 低速 / 全速设备
- 高速设备
- SE0
- SE1
USB 速度识别
在 USB host 或者 hub 的每个下行端口（downstream facing port）的 D+ 和 D- 上分别接了一个 15KΩ 的下拉电阻到地，这样，当端口空闲时 (没有设备插入)，输入端就被两个下拉电阻拉到了低电平。而在 USB 设备端的上行接口 (upstream facing port)，D+ 或者 D- 上接了一个 1.5KΩ 的上拉电阻到 3.3V 电源
| 模式 | 上拉电阻位置 (1.5KΩ) | 速度 |
|---|---|---|
| LS | D- | 1.5Mbits/s |
| FS | D+ | 12Mbits/s |
| HS | D+ | 480Mbits/s |
- 速度快的，上拉电阻接在 D+ 上
- 速度慢的，上拉电阻接在 D- 上
低速设备
全速设备
高速设备
对于 HS 设备，先被识别为 FS 设备，通过集线器和设备两者的确认，再切换到高速模式下。
所以高速设备连接模型和全速设备保持一致
在高速模式下，是电流传输模式，这时要将 D+ 上的上拉电阻断开。
并且在 D+ 和 D- 线上，不管是 USB 主机还是 USB 设备都有一个 45 Ω 的等效对地电阻
- 高速设备在初始连接时，是以全速模式连接到主机的，即高速设备的 D+ 上挂载了上拉电阻，主机检测到全速模式的设备连接后，会对该设备进行复位（D+ 和 D- 均为低电平，时间 > 10ms）。工作在全速模式下的 USB 设备收到复位信号后，会主动发起高速模式握手协议进行速度识别。
- 如果主机支持高速设备，会和该设备交互完成高速模式握手协议，此时 USB 主机和 USB 设备都工作在高速模式下；
- 如果主机不支持高速设备，握手协议会失败，该设备也不会切换到告诉模式，此时 USB 主机和 USB 设备都工作在全速模式下
- 全速设备初始连接时，由于设备无法发起高速模式握手协议，最终主机和设备都会工作在全速模式下。
复位
USB 设备连接到主机后，主机必须在第一时间对 USB 设备进行复位，复位信号必须至少持续 10ms
其中 VOL(max) 电平为 0.3V。也就是说，复位是 D+ 和 D- 必须保持低电平 10ms 以上的时间。
需要注意的是，高速模式的握手协议是在复位过程中完成的，且在复位信号结束之前完成。
USB 主机和 USB 设备在复位结束后，都必须确定自己的速度模式。
高速模式握手过程
全速 J 状态
- 高速 USB 设备连接到 USB 主机时，由于一开始上拉电阻的存在，使得 D+ 为高电平，因此总线状态处于全速 J 状态。这是主机会检测到全速设备连接。
SE0 状态
- 主机连接检测完成后， USB 主机发出复位信号，使总线处于 SE0 状态(D+ D- 均为低)。USB 设备必须在检测到 SE0 状态后不少于 0.5us 且不超过 3ms 的时间内发起高速模式握手协议。
设备产生 Chirp K
在开始握手协议前，设备确保其 D+ 线上的上拉电阻已经挂载，并且 45Ω 等效对地电阻没有挂载。
之后，设备端向 D- 输入 17.78mA 的电流，主机端 D- 45Ω 的等效对地电阻与主机下拉电阻 15K 并联，并联后电阻大约还是 45Ω，总线上就会产生一个 800mV(17.78*45) 的电压，这就是 Chirp K 信号。Chirp K 信号至少持续 1ms ,并且在复位信号开始后的 7ms 内结束。
设备的 Chirp K 信号结束之后，总线回到 SE0 状态(D+ D- 均为低)。
该 SE0 信号表示设备的 Chirp K 信号结束，主机检测到 SE0 信号，就认为设备的 Chirp K 结束，然后主机会发送连续的 KJ 序列。
主机产生 KJ 序列
- 如果主机检测到的 Chirp K 信号持续时间不少于 2.5us，则主机认为该 Chirp K 有效。
- 如果主机检测不到设备的 Chirp K 信号，则主机一直驱动总线为 SE0，直到复位信号结束。高速模式握手协议结束后，主机和设备都将工作在全速模式。
设备挂载高速终端电阻
在设备端检测到 3 对有效的 KJ 序列后，在 500us 内，必须移除 D+ 的上拉电阻，并挂载高速 45Ω 等效对地电阻，进入高速模式。此时，USB 设备高速 45Ω 等效对地电阻与原来主机端的 45Ω 等效对地电阻并联后，其等效电阻变为 22.5Ω，此时 D+ 和 D- 线上的电平大概为 400mv(17.78*22.5)。此后主机发送的后续信号序列的幅值 为 400mV 左右，变为正常的 JK 信号。至此，整个高速模式握手协议完成。
如果 USB 设备检测不到 3 对 KJ 信号，则在 USB 设备完成自己的 Chirp K 信号后的 1ms 到 2.5ms 内，该设备要恢复到全速模式的默认状态，知道复位信号结束。最终 USB 主机和 USB 设备都将工作在全速模式下。
空闲状态
低速 / 全速设备
在 USB host 或者 hub 的每个下游端口（downstream faceing port）的 D+ 和 D- 上分别接了一个 15KΩ 的下拉电阻到地，这样，当 USB 设备连接到 USB 主机或集线器上，且数据线没有被驱动时，由于数据线上拉电阻的存在使得相应的数据线电压高于 2.8V，而另外一根没有挂上拉电阻的数据线上的电压接近 0 V
这种状态就是低速 / 全速下的静止状态，也称为空闲态
在低速设备上，闲置状态是指 D+ 为低电平、 D- 为高电平
在全速设备上，闲置状态是指 D+ 为高电平、 D- 为低电平
高速设备
在高速模式下，由于驱动方式是电流驱动，使得 USB 的数据线在没有任何驱动情况下，D+ 和 D- 均会保持低电平状态。
SE0
single ended 0(SE0)：在 D+ 和 D- 同时均为逻辑低电平时所发生的状态。该状态表示一个复位、断连或数据包的结束。
- 对于低速 / 全速设备，SE0 状态是 D+ 和 D- 同时均为逻辑低电平时所发生的状态，空闲状态是 D+ 和 D- 一个为 2.8V 一个为 0V 的状态，这两个状态电平是不同的
- 对于高速设备，SE0 是 D+ 和 D- 同时均为逻辑低电平时所发生的状态，空闲状态也是 D+ 和 D- 均保持低电平状态，这两个电平是一样的
SE1
single ended 1(SE1): 在 D+ 和 D- 同时均为逻辑高电平时所发生的状态。USB 协议规范中并未使用该状态。