USB 2.0你会用了吗?

USB 2.0的使用相关知识

• USB 2.0概述
  • USB是一种应用于PC的接口技术，英文全称是Universal Serial Bus（通用串行总线），真正实现即插即用。1995年首次出现，伴随奔腾机发展，自微软在Windows 98中增加对USB接口支持后开始普及，有USB 1.1标准和USB 2.0标准等。USB 2.0于1999年10月其速率被提高到480Mbps，比USB 1.1的12Mbps快40倍，且向后兼容USB 1.1，但USB 1.1设备向上兼容USB 2.0时无法实现其传输能力，会自动低速传输。USB 2.0线缆最大长度为5米，使用5个USB适配器时最大长度可达30米。其认证产品图标由蓝色、白色和红色组成并标有“认证”与“高速”，可用于区分USB 2.0和USB 1.1（USB 1.1认证产品图标由黑色和蓝色组成并标有“USB”和“Certified”）
• 实现USB 2.0传输的条件
  1. 主板支持
     • 要验证主板是否有USB 2.0端口，可以打开设备管理器并展开通用串行总线部分，如果看到增强型USB主机控制器的选项（在不同Windows系统中名称可能不同），则说明电脑主板支持USB 2.0接口设备。目前主流主板基本都有USB 2.0端口。此外，由于USB 2.0刚推出时存在兼容性问题，部分主板BIOS提供关闭USB 2.0功能，若不在BIOS中打开，将自动使用向后兼容的USB 1.1；有些主板在BIOS中还提供全速和高速选项，分别对应USB 1.1和USB 2.0，使用USB 2.0时要注意在BIOS中选择高速状态
  2. 操作系统支持并安装驱动
     • 微软产品中，只有Windows 2000 SP3和Windows XP SP1之后的版本才能真正支持USB 2.0，像Windows 98系统由于多数厂商不再提供其下的驱动程序，一般不支持USB 2.0，所以操作系统要支持USB 2.0并且安装USB 2.0驱动才行
  3. 产品支持USB 2.0接口
     • 例如相机、摄像头等设备，有的采用USB 1.1，有的采用USB 2.0。如果想实现USB 2.0传输，在选购时要注意选择USB 2.0产品。如果以上四个条件（主板支持、操作系统支持且安装驱动、产品支持）缺一个，就无法实现USB 2.0的高速连接
• USB 2.0的实际传输速率
  • USB 1.1虽然理论数据传输率有12Mbps，但实际使用往往只有1MB/s左右，适用于打印机、扫描仪等低速设备；而USB 2.0目前实际数据传输速率已能达到20MB/s以上，可以更好地支持移动硬盘等快速设备
• USB 2.0的硬件相关
  • 接插件：USB座有多种类型，主要分为公/母、直插、贴片、单/双层、扁/方等，其只有VBUS、DP（或D+）、DM（或D -）、GND四根线，还有屏蔽罩，一般屏蔽罩通过100nF的电容连到GND
  • 连接线：分公对公/公对母、带磁环、带屏蔽等类型，且线不能太长，否则设备可能无法正确工作
  • 热插拔：能在不断电情况下插拔USB设备。若要支持热插拔，必须在VBUS、DP、DM三根线上加上过压、过流保护，未上电时DP和DM要保持高阻态，还要利用金手指长短控制上电顺序，插入时先接通电源线，电源稳定后再接通信号线，拔出时顺序相反，这样可有效防护接口被损坏
  • 上下拉电阻：一般在USB主机的DP、DM接下拉15K欧电阻，对于低速设备，DM接上拉1.5K欧电阻；对于高速设备，在主机时DP接上拉1.5K欧电阻，经过握手协议后，DP上断开1.5K欧电阻
  • ESD防护：一般支持USB接口的芯片ESD防护不够好时要另外加ESD芯片，如USBLC6
  • 端接：目的是做阻抗匹配，高速480Mbps对信号质量要求较高时，一般使用串联端接，在DP、DM上串联22欧电阻
  • UTMI +和ULPI接口：一些不带USB接口的处理芯片（如51单片机、FPGA等），芯片厂商开发了USB PHY芯片将DP、DM上的差模信号转成共模信号，UTMI +和ULPI是业界标准接口，UTMI +接口有31根信号线，ULPI接口有12根信号线，ULPI需要读写寄存器，UTMI +只需直接拉高或拉低信号线，ULPI是在UTMI +基础上封装的一层，市场上大多数USB PHY芯片都是ULPI接口
  • 检测USB设备速度的流程：对于低速设备，在DM引脚上拉1.5K；USB主机检测到全速设备（DP引脚上拉1.5K）；高速设备在检测到连续的最少3对ChirpK/J对后，在500us内必须断开DP上的上拉电阻，并连接D+和D -上的对地高速端接电阻，完成高速握手，进入高速传输模式