USB2.0的基本学习

　　SB2.0是在1.0的基础上于2000年提出来的，在1.0的基础上曾加了480Mbps的数据传输率。USB2.0具有以下的优点：

　　1、每个USB系统中有一个主机，通过级联的方式连接多个外部设备，最多可以支持127个设备，且支持设备同时操作。

　　2、支持热插拔

　　3、应用广泛，可支持多种低速，全速，高速设备

Low speed 　　data rate:1.5Mbps

Full speed 　　data rate:12Mbps

High speed 　data rate:480Mbps

USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上,增加了一个ID pin，通过ID pin的控制它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作.

OTG connector

OTG有MINI A 和MINI B Plug，MINIA,MINIB和MINI AB插槽

OTG增加了以下的Cable和adapter:

Mini-A至Standard-B Cable

Mini-A至 Mini-B Cable

Mini-A receptacle to Standard-A plug adapter

Standard-A receptacle to Mini-A plug adapter

OTG 主从的设定

对于ID pin，在MINI A Plug 通过R(a_plug_id)<10连接到地，在MINI B Plug不连接为悬空或者通过R(b_plug_id)>100K连接到地。 通过设备内部对ID pin的pull high,当连接MINI A时，则为低，判断为主设备 当连接MINI B时，则为高，判断为从属设备。

MICRO-USB

Micro USB是USB 2.0标准的一个便携版本 。由USB标准化组织美国USB Implementers Forum（USB-IF）于2007年1月4日制定完成。Micro-USB 支持OTG，和Mini-USB一样，也是5pin的。Micro系列的定义包括标准设备使用的Micro-B系列插槽；OTG设备使用的Micro-AB插槽；Micro-A和Micro-B插头，还有线缆。Micro系列的独特之处是他们包含了不锈钢外壳，万次插拔不成问题

MICRO-USB增加了以下几种Cable:

Micro-A plug to Micro-B plug

Micro-A plug to Standard-A receptacle

Micro-B plug to Standard-A plug

ow speed device detect

Low speed device D-在内部通过1.5K电阻上拉到3.3V。当Device保持D-的上拉，则为Low speed device插入。

Full/High speed device

High/Full speed device D+在内部通过1.5K电阻上拉到3.3V。

High speed device detect

下图为高速设备的内部线路，其中在HUB/HOST和Device端都有低速全速驱动器。高速电流源驱动器在Device端

USB高速的信号传输速率为480Mbps,因此为了有很好的信号需要每根信号传输线对地的单端阻抗为45欧姆，D+ D-的差分阻抗为90欧姆。 如page 18图所示，在device和HUB/HOST 端都有一个低速全速驱动器，在D+ D-上串联一个Rs电阻，Rs电阻值的大小为45欧姆。 下图为高速设备连接到USB Hub的过程

1. 当HUB检测到device插入，首先HUB端的低速全速驱动器驱动数据线到复位状态称为SE0状态，即驱动D+ D-到地使其都为低电平。

2. 当Device接收到复位信号后，Device 内部电流源驱动电流到D- 信号,通过内部的电流源向D-线持续灌大小为17.78mA电流。而此时在hub端，全速/低速驱动器形成一个D+/D-对地阻抗为45欧姆(Ohm)的终端电阻Rs，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

CH1: D- CH2: D+

3. Hub 或者host 检测到device chirp信号, 产生一个交替的Chirp K-J-K-JK- J .(K:表示驱动电流到D-,J:表示驱动电流到D+).

4. Device 检测到序列Chirp K-J-K-J-K-J, 去掉D+ 的上拉，去掉上拉之后，为了保证高速信号对阻抗的要求，驱动Device端的低速全速驱动器到SE0状态，即连接D+ D-上的高速终端电阻Rs(45欧姆)到地，和HUB端的终端电阻并联后为22.5欧姆，因此Chirp信号幅值变为400mv，此后进入high speed模式，此后USB高速信号的电压幅值即为400mv.

注：HOST/HUB和Device端的低速高速驱动器在高速模式时的作用就是提供D+ D-对地的单端45欧姆和差分阻抗90欧姆，满足高速信号传输阻抗匹配的目的。

Full Speed: Device如果为一个全速设备，在侦测到复位信号后不会有电流源来驱动，因此一直保持D+ 3.3V的上拉。

USB电路模块

一个USB接口的基本线路有以下几个部分组成。 USB Host/Hub Common mode choke, ESD diode, Power Switch, USB connector

Common mode choke

Common mode choke可以减小对其他信号的辐射以及减小共模噪声对USB高速信号的影响。选择应注意几点。

1.Common mode choke会影响到高速信号的质量，因此可以采取和0欧姆共lay的形式，如果采用0欧姆时EMI测试通过的话则可以不用choke。

2. 应选择共模阻抗为80到90欧姆的共模扼流圈

共模干扰信号经过两个绕向相反线圈时，产生两个相互抵消的磁场 H1、H2 。

USB ESD protection

因为USB设备为热插拔设备，所以极易产生ESD对主板的电子元件造成损害。

USB 2.0具有可达480Mbps的传输速率，所以USB信号对于线路上的寄生电容非常的敏感，就算是PF级可能也会造成USB信号失真导致USB设备不能工作。所以要选择电容最小的ESD保护器件。

下面是理想的ESD保护器件的要求：

1、至少能够承受8KV的ESD

2、低电容<2pf能够很好的减少对USB信号的干扰

3、响应迅速。从最开始的ESD pulse rise能够快速的响应

4、低漏电流，减小电源的损耗

5、具有很好的稳定性，在多次的ESD冲击下也能不被损坏

USB走线

USB的差分信号的impendence Z=90欧姆

一个USB口需要的电流一般为500mA，但是VBUS走线最好能承受1A的电流，以防over current的事件发生

USB D+-的走线不能走直角，用钝角或者圆弧走线

USB信号同其他CLK或者差分信号走线应>50mil.

应该尽可能的减少VIA， via会造成阻抗的不连续

ESD保护器件和Common mode choke应该尽可能的靠近接口

USB D+ -信号走线必须等长