USB设备端上拉电阻功能教案.pptVIP

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USB2.0 hub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-ended 0，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Chirp K信号。Chirp K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Chirp K信号，如果没有Chirp K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Chirp K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Chirp K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Chirp KJ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Chirp KJ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USB2.0 hub握手