USB設(shè)備端上拉電阻功能研究解讀課件

USB設(shè)備端上拉電阻功能研究USB設(shè)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(xié)議中要求設(shè)備端在USB數(shù)據(jù)線（D+或D-）上接一個(gè)上拉電阻（Rpu），用來(lái)區(qū)分不同速度的設(shè)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(shè)備與主機(jī)連接和斷開(kāi)的具體過(guò)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(xié)議中要求設(shè)備端在USB數(shù)22.低/全速設(shè)備的連接與識(shí)別由于集線器端兩條數(shù)據(jù)線（D+D-）均接有15K歐姆的下拉電阻，當(dāng)沒(méi)有設(shè)備連接時(shí)，集線器端D+D-數(shù)據(jù)線電平為低.當(dāng)設(shè)備連接后，集線器對(duì)設(shè)備加電，這時(shí)由于設(shè)備端1.5K歐姆上拉電阻的作用有一根數(shù)據(jù)線電平被拉高，集線器檢測(cè)到該數(shù)據(jù)線為高電平就知道有設(shè)備插入，并根據(jù)數(shù)據(jù)線的不同判斷設(shè)備為低速還是全速。2.低/全速設(shè)備的連接與識(shí)別由于集線器端兩條數(shù)據(jù)線（D+D-32.低/全速設(shè)備的連接與識(shí)別當(dāng)D+線為高時(shí)，為全速設(shè)備；D-線為高時(shí)，為低速設(shè)備。檢測(cè)到設(shè)備連接后，集線器向主機(jī)報(bào)告，主機(jī)向集線器發(fā)送Get_Port_Status請(qǐng)求（這個(gè)過(guò)程設(shè)備不必關(guān)心）。集線器接到Get_Port_Status請(qǐng)求后對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后，主機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行枚舉。2.低/全速設(shè)備的連接與識(shí)別當(dāng)D+線為高時(shí)，為全速設(shè)備；D-43.低/全速設(shè)備的斷開(kāi)集線器在總線空閑時(shí)檢測(cè)設(shè)備斷開(kāi)連接信號(hào)（SE0信號(hào)持續(xù)2.5us，即D+D-均為低電平的時(shí)間超過(guò)2.5us）。當(dāng)集線器檢測(cè)到該信號(hào)時(shí)，向主機(jī)報(bào)告設(shè)備已斷開(kāi)，主機(jī)再進(jìn)行一系列動(dòng)作。設(shè)備端可以通過(guò)斷開(kāi)上拉電阻實(shí)現(xiàn)設(shè)備斷開(kāi)（此時(shí)設(shè)備仍可插在USB口上）。3.低/全速設(shè)備的斷開(kāi)集線器在總線空閑時(shí)檢測(cè)設(shè)備斷開(kāi)連接信號(hào)54.高速設(shè)備的連接與識(shí)別4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別64.高速設(shè)備的連接與識(shí)別高速設(shè)備的連接與識(shí)別比較特殊，高速設(shè)備具有低/全速設(shè)備沒(méi)有的特點(diǎn)，第一高速設(shè)備是由電流驅(qū)動(dòng)的，第二高速設(shè)備的信號(hào)幅值為400mV。在結(jié)構(gòu)上，高速設(shè)備收發(fā)器比低/全速設(shè)備多了一個(gè)高速電流驅(qū)動(dòng)器，高速差分信號(hào)接收器，一個(gè)傳輸包檢查器，一個(gè)斷開(kāi)包檢查器。4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別高速設(shè)備的連接與識(shí)別比較特殊，高速設(shè)74.高速設(shè)備的連接與識(shí)別高速設(shè)備初始是以一個(gè)全速設(shè)備的身份出現(xiàn)的，即D+線上有一個(gè)1.5k的上拉電阻。USB2.0的hub把它當(dāng)作一個(gè)全速設(shè)備，之后，hub和設(shè)備通過(guò)一系列握手信號(hào)確認(rèn)雙方的身份。在這里對(duì)速度的檢測(cè)是雙向的，高速的hub需要檢測(cè)所掛上來(lái)的設(shè)備是高速還是全速。高速的設(shè)備需要檢測(cè)hub是否支持高速設(shè)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(shè)備的連接與識(shí)別高速設(shè)備初始是以一個(gè)全速設(shè)備的身份出84.高速設(shè)備的連接與識(shí)別下圖展示了一個(gè)高速設(shè)備連到USB2.0hub上的情形：4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別下圖展示了一個(gè)高速設(shè)備連到USB2.94.高速設(shè)備的連接與識(shí)別hub檢測(cè)到有設(shè)備插入/上電時(shí)，向主機(jī)通報(bào)，主機(jī)發(fā)送Set_Port_Feature請(qǐng)求讓hub復(fù)位新插入的設(shè)備。設(shè)備復(fù)位操作是hub通過(guò)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線到復(fù)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(shè)備的連接與識(shí)別hub檢測(cè)到有設(shè)備插入/上電時(shí)，向主104.高速設(shè)備的連接與識(shí)別高速設(shè)備看到復(fù)位信號(hào)后，通過(guò)內(nèi)部的電流源向D-線持續(xù)灌大小為17.78mA電流。此時(shí)高速設(shè)備的1.5k上拉電阻還未撤銷，在hub端，全速/低速驅(qū)動(dòng)器形成一個(gè)阻抗為45歐姆的終端電阻，所以在hub端看到一個(gè)約800mV的電壓（45歐姆*17.78mA），這就是ChirpK信號(hào)。ChirpK信號(hào)的持續(xù)時(shí)間是1ms~7ms。4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別高速設(shè)備看到復(fù)位信號(hào)后，通過(guò)內(nèi)部的電114.高速設(shè)備的連接與識(shí)別在hub端，雖然下達(dá)了復(fù)位信號(hào)，并一直驅(qū)動(dòng)著SE0，但USB2.0的高速接收器一直在檢測(cè)ChirpK信號(hào)，如果沒(méi)有ChirpK信號(hào)看到，就繼續(xù)復(fù)位操作直到復(fù)位結(jié)束，之后就在全速模式下操作。如果只是一個(gè)全速的hub，不支持高速操作，那么該hub不理會(huì)設(shè)備發(fā)送的ChirpK信號(hào)，之后設(shè)備也不會(huì)切換到高速模式。4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別在hub端，雖然下達(dá)了復(fù)位信號(hào)，并一124.高速設(shè)備的連接與識(shí)別設(shè)備發(fā)送的ChirpK信號(hào)結(jié)束后100us內(nèi)，hub必須開(kāi)始回復(fù)一連串的KJKJKJ....序列，向設(shè)備表明這是一個(gè)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(gè)K或J的持續(xù)時(shí)間在40us~60us之間。KJ序列停止后的100~500us內(nèi)結(jié)束復(fù)位操作。hub發(fā)送ChirpKJ序列的方式和設(shè)備一樣，通過(guò)電流源向差分?jǐn)?shù)據(jù)線交替灌17.78mA的電流實(shí)現(xiàn)。4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別設(shè)備發(fā)送的ChirpK信號(hào)結(jié)束后1134.高速設(shè)備的連接與識(shí)別設(shè)備檢測(cè)到6個(gè)hub發(fā)出的Chirp信號(hào)后（3對(duì)KJ序列），它必須在500us內(nèi)切換到高速模式。切換動(dòng)作有：1.斷開(kāi)1.5k的上拉電阻。2.連接D+/D-上的高速終端電阻（45歐姆），實(shí)際上就是全速/低速差分驅(qū)動(dòng)器。3.進(jìn)入默認(rèn)的高速狀態(tài)。4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別設(shè)備檢測(cè)到6個(gè)hub發(fā)出的Chirp144.高速設(shè)備的連接與識(shí)別執(zhí)行1，2兩步后，USB信號(hào)線上看到的現(xiàn)象就發(fā)生變化了：hub發(fā)送出來(lái)的ChirpKJ序列幅值降到了原先的一半，400mV。這是因?yàn)樵O(shè)備端掛載新的終端電阻后，配上原先hub端的終端電阻，并聯(lián)后的阻抗是22.5歐姆。400mV就是由17.78*22.5得來(lái)。以后高速操作的信號(hào)幅值就是400mV而不像全速/低速那樣的3V。至此，高速設(shè)備與USB2.0hub握手完畢，進(jìn)行后續(xù)的480Mbps高速信號(hào)通信。4.高速設(shè)備的連接與識(shí)別執(zhí)行1，2兩步后，USB信號(hào)線上看到154.高速設(shè)備的斷開(kāi)由于高速設(shè)備運(yùn)行是斷開(kāi)1.5K上拉電阻的，故不能通過(guò)檢測(cè)SE0信號(hào)判斷設(shè)備的斷開(kāi)當(dāng)高速設(shè)備斷開(kāi)時(shí)，D+和D-線上的差分信號(hào)幅度將會(huì)變成兩倍大小，主機(jī)端下行收發(fā)器中的斷開(kāi)包絡(luò)檢波器感應(yīng)到這個(gè)兩倍大小的