USB电气性能第七章.docVIP

USB技术 ──USB的电气特性(之六) USB(Universal Serial Bus，即通用串行总线)的电气特性主要是对信号的发送及电压分 布情况的描述。下面我们将分别对其进行详细介绍，首先来看看其信号的发送。 一、信号的发送 USB通常使用一种差分的输出驱动器来控制数据信号在USB电缆上的发送，在了解具体的信号发送之前，我们先来谈谈有关USB设备的特性。 (一)USB驱动器的特性及其使用 一个USB设备端的连接器是由D+、D-及Vbus，GND和其它数据线构成的简短连续电路，并要求连接器上有电缆屏蔽，以免设备在使用过程中被损坏。它有两种工作7状态，即低态和高态。在低态时，驱动器的静态输出端的工作电压Vol变动范围为0～０．3V，且接有一个15kΩ的接地负载。处于差分的高态和低态之间的输出电压变动应尽量保持平衡，以能很好地减小信号的扭曲变形。 在任何驱动状态下，USB设备必须能接收如图1所示的波形。这些波形从一个输出阻抗为3PΩ的电压源直接进入每一个USB数据口。 下面我们将分别对USB高速驱动器和低速驱动器的特性作一个介绍. 高速驱动器特性 一个高速USB设备的连接是通过阻抗为90Ω±15%，最大单路时延为26ns的屏蔽双绞线电缆进行的，其到达的最大速率为12Mb/s，并且每个驱动器的阻抗必须在28Ω～44Ω之间。图2描述了高速驱动器的信号波形。 低速驱动器特性 一个低速USB设备在插口端必须要有一个带有串行A口连接器的可控制电缆，其速率为1.5Mb/s。当电缆与设备相连时，在D+/D-线上必须要有一个200～450PF的单终端电容器。低速电缆的传播时延必须小于18ns，从而保证信号响在其上升沿或下降沿的第一个中点处产生，以允许电缆与一块电容器相连。图3列出了低速驱器的信号波形。 图4和图5分别列出了高速和低速USB设备在集线器的终端位置及其所连的功能设备。从图我们可以看出在电缆的下形端的电阻Rpu在两图中的连接位置是不同的： ·图4高速设备中的Rpu电阻是接在D+线上的。 ·图5低速设备中的Rpu电阻是接在D-线上的。 ·下形端口处的Rpu电阻是与地相连的，其电阻为15KΩ±5%。 这个Rpu电阻的选取要满足一定的条件，为了在一个复位操作结束后方便地确定可被执行的总线状态，那么选取Rpu时要能使D+/D-线上的电压在2.5us的最大复位松驰时间内可在0～Vih内自由变动。为了满足这一条件，带有可分电缆的设备必须使用加载电压在3.0～3.6U间阻抗为1.5KΩ±5%的电阻；而具有可控电缆的设备可以使用两种方法中的任一种。注意：终端电阻不包括主机/HUB上的15KΩ±5%的电阻。 所有集线器和高速的功能设备上形端口(朝主机方向的)必须使用高速的驱动器，上形集线器端口既可以高速又可以低速来传送数据，但是在信号发送时总是使用高速和边缘速率。低速数据的传输不改变驱动器的特性，低速设备的上形端口必须使用低速驱动器。 所有集线器(包括主机的)外部下形端口必须能适用于两种特性的驱动器，也就是说，任何类型的设备都能被插入这些端口中。当收发器工作在高速模式时，它使用高速和边缘速率来进行信号的发送；工作在低速时，它使用低速和边缘速率来发送数据。 (二)接收器特性 一个差分输入接收器用来接收USB数据信号，当两个差分数据输入处在共同的0.8～2.5V的差分模式范围时，如图6所示，接收器必须具有至少200mv的输入灵敏度。 除了差分接收器外，还必须有为两个数据线中任一个所用的单终端接收器，此时该接收器的合并磁滞现象可以减小它们对噪声的灵敏度。 在差分信号传送期间，D+和D-线上的电压可以小于Vih。对于高速传送而言，这个阶段可以延续到14ns；对于低速传送，可延续到I/V ns之久。接收器的逻辑设备用于保证这种情况不会被当作SE0态来处理。 (三)输入特性 没有终端的D+或D-的输入阻抗必须大于300KΩ，一个端口的输入电容量在连结器的端口处量得。上形和下形端口可以有不同值的电容，一个集线器或主机的下形端口所允许的D+或D-上的最大电容量(差分的或单终端的)为150pF；带有可分电缆的高速设备的上形端口所允许的D+或D-上的最大电容量为100pF。 对于有可控电缆的高速设备，它本身在D+和D-可以有最大电容量为75pF的接地电容器，其中电缆为其余的输入电容使用。在该种设备中，单终端输入电容必须与终端所使用的一致，该终端必须能在2.5us内控