USB2.0物理层的电信号
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USB2.0设备连接状态的检测

2021-10-21 1017 3

USB设备支持即插即用,所以对于USB主机端,一个重要的特性就是USB设备的动态连接检测。
USB主机端支持设备的连接状态的检测,是需要USB设备的配合的。USB主机端与USB设备端相互配合,实现了USB设备的连接状态检测。

USB2.0设备接口电路图

我们知道,2.0设备USB引脚接线定义分为四根线,分别为电源线(VBus),D+,D-和地线GND。主机端与设备的电路图如图所示:
USB设备连接图

USB主机端的D+和D-均有一个15K的下拉电阻,而设备端根据USB设备分为两大类:USB低速和USB全速高速,分别在其设备的D-或D+上拉一个1.5K的电阻。

  • 主机端D+和D-均有一个15K的下拉电阻。
  • 低速设备端D-上拉一个1.5K的电阻
  • 高速/全速设备端D+上拉一个1.5K的电阻

USB2.0设备的连接状态检测

一个USB设备连接到主机后,大概分为以下几个阶段:

USB2.0设备的连接状态检测

  • 默认态,USB主机端VBus为高电平。
  • USB设备连接到USB主机。
  • USB设备端的VBus从低电平变为高电压(>=4.01V)
  • USB设备端VBus检测到高电平
  • USB设备端低速挂接D-上的1.5K上拉电阻,全速高速设备接接D+上的1.5K上拉电阻。
  • USB主机端检测到D+/或D-端的电压变高(2.0V以上)
  • USB主机端根据D+/D-线缆上的电压变化识别USB2.0低速设备或全速设备(高速设备)连接上来
  • USB主机对检测到的设备发送复位信号,进行设备复位。

USB2.0设备的连接分为固定连接和接入连接。

  • 对于固定连接的设备,由于USB设备端与主机端一直相连,所以设备端可以通过检测主机端对USB设备的第一个复位信号来检测。
  • 对于接入连接的设备,设备端可以通过检测其VBus总线上的电压变为高电压(>=4.01V)来检测设备端已经连接。

USB2.0设备全速与高速的识别

对于USB2.0的全速设备和高速设备,其连接状态的检测是一样的。并且USB2.0高速设备在设备的连接检测时,也是以USB2.0全速的工作状态进行通讯连接的。只是在USB主机端对设备复位后,USB高速设备会主动发送USB高速协商信号,而主机端如果正确识别,则工作在全速状态的USB2.0高速设备切换到高速状态。而USB2.0全速设备变不会对主机端发送高速协商信号。更详细的解释见:http://www.usbzh.com/article/detail-672.html

USB2.0设备的连接状态检测的数据指标

USBif对设备的电气参数做了一些规定,这里结合实际的测试整理了部分USB2.0设备的连接状态检测的数据指标。

  • 设备端检测到VBus端变为高电平的电压为4.01V,所以主机端识别设备时的D+/D-的电压大于2V.
  • 设备端识别连接到主机到挂接上拉电阻的时间测量为3.1ms
  • USBif规定USB设备连接到主机端,设备端的VBus电压小于400mV
  • 设备端在挂接上拉电阻之前,D+/D-保持在SE0状态(主机端的下拉电阻一般可以保证)。

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