USB設備端上拉電阻功能研究解讀課件

USB設備端上拉電阻功能研究USB設備端上拉電阻功能研究11.上拉電阻的功能與規(guī)范要求USB協議中要求設備端在USB數據線（D+或D-）上接一個上拉電阻（Rpu），用來區(qū)分不同速度的設備。該電阻阻值要求為1.5k歐姆±5%。下文介紹不同速度的USB設備與主機連接和斷開的具體過程以及上拉電阻是如何發(fā)揮作用的。1.上拉電阻的功能與規(guī)范要求USB協議中要求設備端在USB數22.低/全速設備的連接與識別由于集線器端兩條數據線（D+D-）均接有15K歐姆的下拉電阻，當沒有設備連接時，集線器端D+D-數據線電平為低.當設備連接后，集線器對設備加電，這時由于設備端1.5K歐姆上拉電阻的作用有一根數據線電平被拉高，集線器檢測到該數據線為高電平就知道有設備插入，并根據數據線的不同判斷設備為低速還是全速。2.低/全速設備的連接與識別由于集線器端兩條數據線（D+D-32.低/全速設備的連接與識別當D+線為高時，為全速設備；D-線為高時，為低速設備。檢測到設備連接后，集線器向主機報告，主機向集線器發(fā)送Get_Port_Status請求（這個過程設備不必關心）。集線器接到Get_Port_Status請求后對設備進行復位，復位成功后，主機對設備進行枚舉。2.低/全速設備的連接與識別當D+線為高時，為全速設備；D-43.低/全速設備的斷開集線器在總線空閑時檢測設備斷開連接信號（SE0信號持續(xù)2.5us，即D+D-均為低電平的時間超過2.5us）。當集線器檢測到該信號時，向主機報告設備已斷開，主機再進行一系列動作。設備端可以通過斷開上拉電阻實現設備斷開（此時設備仍可插在USB口上）。3.低/全速設備的斷開集線器在總線空閑時檢測設備斷開連接信號54.高速設備的連接與識別4.高速設備的連接與識別64.高速設備的連接與識別高速設備的連接與識別比較特殊，高速設備具有低/全速設備沒有的特點，第一高速設備是由電流驅動的，第二高速設備的信號幅值為400mV。在結構上，高速設備收發(fā)器比低/全速設備多了一個高速電流驅動器，高速差分信號接收器，一個傳輸包檢查器，一個斷開包檢查器。4.高速設備的連接與識別高速設備的連接與識別比較特殊，高速設74.高速設備的連接與識別高速設備初始是以一個全速設備的身份出現的，即D+線上有一個1.5k的上拉電阻。USB2.0的hub把它當作一個全速設備，之后，hub和設備通過一系列握手信號確認雙方的身份。在這里對速度的檢測是雙向的，高速的hub需要檢測所掛上來的設備是高速還是全速。高速的設備需要檢測hub是否支持高速設備，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.高速設備的連接與識別高速設備初始是以一個全速設備的身份出84.高速設備的連接與識別下圖展示了一個高速設備連到USB2.0hub上的情形：4.高速設備的連接與識別下圖展示了一個高速設備連到USB2.94.高速設備的連接與識別hub檢測到有設備插入/上電時，向主機通報，主機發(fā)送Set_Port_Feature請求讓hub復位新插入的設備。設備復位操作是hub通過驅動數據線到復位狀態(tài)SE0(Single-ended0，即D+和D-全為低電平)，并持續(xù)至少10ms。4.高速設備的連接與識別hub檢測到有設備插入/上電時，向主104.高速設備的連接與識別高速設備看到復位信號后，通過內部的電流源向D-線持續(xù)灌大小為17.78mA電流。此時高速設備的1.5k上拉電阻還未撤銷，在hub端，全速/低速驅動器形成一個阻抗為45歐姆的終端電阻，所以在hub端看到一個約800mV的電壓（45歐姆*17.78mA），這就是ChirpK信號。ChirpK信號的持續(xù)時間是1ms~7ms。4.高速設備的連接與識別高速設備看到復位信號后，通過內部的電114.高速設備的連接與識別在hub端，雖然下達了復位信號，并一直驅動著SE0，但USB2.0的高速接收器一直在檢測ChirpK信號，如果沒有ChirpK信號看到，就繼續(xù)復位操作直到復位結束，之后就在全速模式下操作。如果只是一個全速的hub，不支持高速操作，那么該hub不理會設備發(fā)送的ChirpK信號，之后設備也不會切換到高速模式。4.高速設備的連接與識別在hub端，雖然下達了復位信號，并一124.高速設備的連接與識別設備發(fā)送的ChirpK信號結束后100us內，hub必須開始回復一連串的KJKJKJ....序列，向設備表明這是一個USB2.0的hub。這里的KJ序列是連續(xù)的，中間不能間斷，而且每個K或J的持續(xù)時間在40us~60us之間。KJ序列停止后的100~500us內結束復位操作。hub發(fā)送ChirpKJ序列的方式和設備一樣，通過電流源向差分數據線交替灌17.78mA的電流實現。4.高速設備的連接與識別設備發(fā)送的ChirpK信號結束后1134.高速設備的連接與識別設備檢測到6個hub發(fā)出的Chirp信號后（3對KJ序列），它必須在500us內切換到高速模式。切換動作有：1.斷開1.5k的上拉電阻。2.連接D+/D-上的高速終端電阻（45歐姆），實際上就是全速/低速差分驅動器。3.進入默認的高速狀態(tài)。4.高速設備的連接與識別設備檢測到6個hub發(fā)出的Chirp144.高速設備的連接與識別執(zhí)行1，2兩步后，USB信號線上看到的現象就發(fā)生變化了：hub發(fā)送出來的ChirpKJ序列幅值降到了原先的一半，400mV。這是因為設備端掛載新的終端電阻后，配上原先hub端的終端電阻，并聯后的阻抗是22.5歐姆。400mV就是由17.78*22.5得來。以后高速操作的信號幅值就是400mV而不像全速/低速那樣的3V。至此，高速設備與USB2.0hub握手完畢，進行后續(xù)的480Mbps高速信號通信。4.高速設備的連接與識別執(zhí)行1，2兩步后，USB信號線上看到154.高速設備的斷開由于高速設備運行是斷開1.5K上拉電阻的，故不能通過檢測SE0信號判斷設備的斷開當高速設備斷開時，D+和D-線上的差分信號幅度將會變成兩倍大小，主機端下行收發(fā)器中的斷開包絡檢波器感應到這個兩倍大小的