USB总线电平标准、USB总线状态、USB总线信号详解

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一、USB总线电平标准

  USB总线电平标准如下，下图标识了低速/全速、高速总线输出特性的电平标准。

二、USB总线状态

  下图显示了USB低速和全速总线信号1、信号0、SE0状态、SE1状态、J状态、K状态、空闲IDLE状态下D+、D-线分别对应的电平信号范围。

  下图显示了USB高速总线信号1、信号0、J状态、K状态、Chirp J状态、Chirp K状态、空闲IDLE状态下D+、D-线分别对应的电平信号范围。

  注：有上面两张图可以总结出low speed和full/high spped J状态/K状态相反。

三、USB总线信号

  USB总线信号有SOP信号、EOP信号、Reset信号、Suspend信号、Resume信号、SYNC信号、连接信号、断开信号等。那么当USB总线状态发生怎样的变化才会生成这些信号呢？我们在这里只讨论低速/全速的总线信号，高速的略有差别，大家可以查阅usb_20.pdf进行学习。

3.1 SOP信号

  低速设备SOP信号：总线从IDLE状态（J状态：差分0）切到K状态（差分1），即可完成低速SOP信号的发送。

  全速设备SOP信号：总线从IDLE状态（J状态：差分1）切到K状态（差分0），即可完成全速SOP信号的发送。

3.2 EOP信号

  低速设备EOP信号：总线持续2位时间的SE0（单端0）状态，后跟随1位时间的J状态（差分0），即可完成低速EOP信号的发送。

  全速设备EOP信号：总线持续2位时间的SE0（单端0）状态，后跟随1位时间的J状态（差分1），即可完成全速EOP信号的发送。

3.3 Reset信号

  主机可以对USB设备进行复位，主要是主机在和设备通讯之前会发送Reset信号把设备设置到默认的未配置状态，即主机拉低两根信号线（SE0状态）并保持10ms。

3.4 Suspend信号

  总线3ms以上的IDLE状态，则设备会认为主机发起了一次挂起操作。

3.5 Resume信号

  USB设备进入挂起状态之后，将由Resume信号进行唤醒。Resume信号可以由USB主机发起，也可以由USB设备本身触发，但是只有USB主机可以结束Resume信号。

1. 主机在挂起设备后可通过翻转数据线上的极性并保持20ms来唤醒设备，并以低速EOP信号结尾。

2. 如果设备支持远程唤醒，设备可向主机发起远程唤醒请求，前提是设备已进入idle状态至少5ms，设备会驱动总线进入K状态，如下图，K状态必须维持1ms-15ms之内，此信号会在1ms内被主机接管，主机会继续驱动唤醒信号直到20ms，并以低速EOP信号结尾。
   

3.6 SYNC信号

  3个KJ状态的切换，后跟随2位时间的K状态，完成一次同步信号的发送。如下图所示。

3.7 连接信号

  当主机检测到某一个数据线电平拉高保持了一段时间，就认为有设备连接上来了。低速设备连接时，主机会检测到D-线被拉高，全速/高速设备连接时，主机会检测到D+线被拉高。

3.7.1 低速设备连接检测时序图

3.7.2 全速/高速设备连接检测时序图

TDCNN针对Hub不同的状态，时间是不同的，如下对应表（见usb_20.pdf P186）。

Hub	TDCNN
没有被挂起	2.5us < TDCNN < 2000us
被挂起	2.5us < TDCNN < 12000us

3.8 断开信号

  没有设备连接时或者设备断开时，主机端D+、D-数据线上的下拉电阻起作用，使得二者都在低电平；当低电平持续TDDIS时间就会被主机认为是断开状态。如下图，TDDIS在2到2.5us之间。