USB2.0物理层的电信号
USB2.0设备断开状态的检测
相对于USB设备的连接检测，USB设备断开的检测也很重要，也更加的隐晦。USB设备断开的检测不仅包含USB主机检测到其与设备的断开，也包含USB设备检测到其与主机的连接断开。
- 对于USB主机来说，如果不能正确的识别设备的断开，从而无法回收已经断开的设备使用的资源，将会导致资源的浪费，这种资源的浪费不仅表现在系统上如USB设备的地址，系统内存等，也表现在USB总线带宽上。
- 对于USB设备端来说，如果USB设备无法检测到其与主机端已经断开，同样也会引发一些如再次与主机端连接设备不能正确工作的问题。
由于USB主机如USB控制器，USB根集线器和USB设备的驱动程序在主机端运行，并且USB主机端是经过千锤百炼的，所以对于USB设备断开引起的异常，大部分的问题都是由USB设备端引起的，并且大部分发生在自供电的USB设备。
一、主机侧：低速 / 全速设备断开（LS/FS）
1. 硬件基础
- 主机/Hub端口：D+、D− 各有 15kΩ 下拉电阻 → 无设备时为 SE0（D+=0, D−=0）
- 设备端：
- 低速（LS）：D− 接 1.5kΩ 上拉
- 全速（FS）：D+ 接 1.5kΩ 上拉
2. 断开检测原理
- 连接时：设备上拉把对应线拉高 → 主机看到 J 态空闲
- 断开时：
- 设备移除 → 1.5k 上拉消失
- 主机 15k 下拉生效 → D+、D− 都变低（SE0）
- 主机检测：SE0 持续 ≥ TDDIS（2～2.5μs） → 判定断开
一句话：
低速/全速断开 = D+、D− 回到 SE0 并保持 ≥2.5μs
二、主机侧：高速设备断开（HS）
高速不能靠1.5k上拉（已断开），靠阻抗匹配与信号反射。
1. 硬件基础
- 高速模式：设备端 D+、D− 各 45Ω 下拉（差分端接）
- 主机/Hub端：同样 45Ω 下拉
- 正常差分幅度：≈400mV
2. 断开检测原理
- 设备断开：设备端 45Ω 消失 → 总线末端开路、失配
- 主机发数据包（如微SOF） → 信号到末端强反射
- 反射叠加 → 差分幅度≈800mV（明显超正常）
- 主机判定：
- 检测到 ≥625mV 差分幅度 → 判定高速设备断开
- 通常在 EOP / 微帧结束 检查
一句话：
高速断开 = 数据包反射导致差分幅度 ≥625mV
三、设备端：自己检测“已从主机断开”
设备要知道自己被拔了，常用两种方法：
1. 检测 VBUS 电压（最常用）
- USB 规范：VBUS 有效 ≥4.5V，断开阈值 <4.0V（常见 4.01V）
- 设备端：
- 分压 + 比较器 / ADC 测 VBUS
- VBUS < 4.0V 持续一段时间 → 判定断开
- 适用：总线供电、自供电设备
2. 检测 D+/D− 上拉失效（配合VBUS）
- 设备内部：软控制 1.5k 上拉（由固件开关）
- 断开后：
- VBUS掉电 → 设备失电 / 上拉释放
- 或设备主动释放上拉 → 主机检测到SE0
- 设备侧：检测到自身上拉被释放、且无总线活动 → 判定断开
3. 无VBUS检测时（少见）
- 靠总线空闲超时：
- 3ms 无 SOF、无活动 → 先进入挂起
- 更长时间无唤醒 → 判定物理断开，释放上拉
四、总结对照（你要的干货表）
| 模式 | 断开检测依据 | 关键电平/条件 | 判定时间 |
|---|---|---|---|
| 低速 LS | SE0持续 | D+=0,D−=0 ≥2.5μs | 微秒级 |
| 全速 FS | SE0持续 | D+=0,D−=0 ≥2.5μs | 微秒级 |
| 高速 HS | 信号反射幅度 | 差分 ≥625mV | 帧/微帧周期 |
| 设备端 | VBUS电压 | VBUS < 4.0V | 毫秒级 |
USB设备端断开的检测
USB设备一般分为自供电和VBUS供电。
对于由VBUS供电的设备，当设备与主机断开后，设备将无电源供电，这种情况下设备端的固件程序无法运行，故对于此种设备，USB设备端断开的检测无任何意义。
USB规范对USB总线VBus上的电压的有规定，所以对于支持VBUS检测的USB设备，可以通过检测VBUS上的电压低于VBSVLD即4.01V时即可认为USB设备与主机已经断开。
对于不支持VBus上检测的USB设备，是通过D+/D-上的电压变化来检测的。
无论是否支持VBUS检测的USB设备，当检测到设备已经与主机断开后，都需要D+或D-上的上拉电阻，来确保下次连接检测的初始化状态是正确的。
在实际的硬件电路中，VBUS设备端会有一个旁路电容，过快的快速插拔导致设备端的VBUS电压因旁路电容的存在导致无法降低到4.01V以下，导致设备端的断开检测设备异常。
USB主机端的设备断开的检测
USB2.0规定，当主机端的D+或D-的电压小于0.8V时，并且持续TDDIS（最小值为2us)的时间长度时，USB主机端就可以认定设备已经断开。对于USB低速或全设备，可以通过此种方式进行设备断开的检测。
当设备与主机端后，由于主机端的D+或D-端的下拉电阻的存在，会使电压降为0V.
见规范7.1.1
对于工作在高速模式下的USB设备，其D+/D-上的电平和低全速的设备不一样，所以检测方式不一样。USB2.0协议规定，对于连接到高速设备的高速主机，D+和D-上的差分信号电平大于625mV时，就可认定USB设备已经断开。当D+和D-的差分电平差不大于625mV时，高速主机的断开检测模块不能认为USB设备已经断开。USB主机会检测到每个高速帧开始的包结速信号，当包结束电压大于检测电压，表示设备断开。在实际应用中，高速设备的断开电压可能在525mV到625mV之间，并且不同的主机的断开检测电路电压不同。
由于主机是通过检测帧开始的包结束来判断设备是否断开，而帧开始的间隔是125us,所以当设备断开后，最多在125us内主机就可以检测到设备已经断开。
自供电USB设备断开检测异常
自供电USB设备断开检测异常，重新连接后，设备工作异常，主机对其进行复位后，再次工作正常。
