《USB的传输理论与制作课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《USB的传输理论与制作课件（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、培训教材培训教材培训教材培训教材USB的传输理论与制作讲师：梁永进讲师：梁永进1USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材USBUSB的传输理论与制作的传输理论与制作 近年来，随着数据的流动性越来越强，即使是网络的普及为我们带来了许多方便，但面对一些稍微大点的数据显得有心无力，而且在一些网络不发达的地区和数据比较大的时候，显然采用外设的机会也越来越多，而且随着多媒体设备和移动数据外设的开始普及，使用有效及高宽带的串行接口将显得越南来越重要，而这方面的主要代表者就是USB1.1/USB2.01.1使用纯蓝图标，2.0添加了Hi-Speed(高速)的红色标记。2USB的传输理论与制作培
2、训教材培训教材培训教材培训教材一、USB产生目的 USB(Universal Serial Bus)的中文名称是“通用串行总线”，它是由英特尔、康柏、惠普、郎讯、飞利浦、NEC七家重量级的IT厂商共同提出并参与研发的。作为当时的一种全新总线标准，USB的设计目的是为了个人电脑与外围设备提供一个通用、简易的接口。3USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材二.USB发展历程 1.早在1994年、Intel、Digital、IBM、Microsoft、NEC等几家世界著名的计算机和通讯公司成立了USB论坛。 2.1995年11月正式制定了USB0.9通用串行总线规范。 3.USB1.0
3、标准于1996年正式发布，但性能平平（1.5Mbit/s）当时的主流操作系统。WIN95无法支持USB1.0也是一个致命的原因，就是这些原因令USB1.0没有获得成功。 4.1998推出的USB1.1的传输速率为12Mbytes/s=1.5MB/s。USB1.1友好易用的界面也是它走向成功的原因之一，它第一次真正实现了plug-and-plug(即插即用)的功能，无须得新启动，而且大部分设备免去了复杂的驱动安装。Intel就在其芯片中集成了1.1标准的USB控制器。 5.USB2.0标准于2004年4月正式出台，它的速率一举提高到原来的USB1.1的40倍480Mbit/s的速率，USB2.0
4、继承了前辈的所有优点，而且接口与1.1完全相同，拥有向前、向后双向兼容性，即1.1的设备可用于2.0接口，2.0的设备可用于1.1接口。三.USB特点 1.外设的安装十分简单，所有的USB外设利用“ONE-SIZE-FITS-ALL”连接器都可简单方便地连接入计算机中，安装过程高度自动化，既不必打开机箱插入插卡，又不必考虑资源分配，也不用关掉计算机电源（热插拔）。4USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材 2.对一般外设有足够的带宽和连接距离。USB允许两种数据传送速度规格。低速传送为1.5Mbps,全速传送为12Mbps。全速传送时，结点间连接距离为5m,连接使用的4芯电缆（电
5、源2条，信号线2条）。该速率与一个标准的串行端口相比，大约快出100倍，与一个标准的并行端口相比，也快出近10倍。因此，USB能支持高速接口（例如ISDN、PRI、T1），使用户拥有足够的带宽供新的数字外设使用。图3-2 USB的电缆lUSB的高速信号的比特率定为12Mbps;480Mbpsl低速信号传送的模式为1.5Mbps; 低速模式需要更少的EMI保护。两种模式可在用同一USB总线传输的情况下自动地动态切换。因为过多的低速模式的使用将降低总线的利用率，所以该模式只支持有限低带宽的设备（如鼠标）。时钟被调制后与差分数据一同被传送出去，时钟信号被转换成NRZI码，并填充了比特以保证转换的连续
6、性，每一数据包中附有同步信号以使得收方可还原出原时钟信号。 电缆中包括VBUS、GND二条线，向设备提供电源。VBUS使用+5V电源。USB对电缆长度的要求很宽，最长可为几米。通过选择合适的导线长度以匹配5USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材指定的IR drop和其它一些特性，如设备能源瞀和电缆适应度。为了保证足够的输入电压和终端阻抗。重要的终端设备应位于电缆的尾部。在每个端口都可检测终端是否连接或分离，并区分出高速，或低速设备。 3.支持多设备连接，减少了PC机I/O接口数量。利用菊花链的形式对端口加以扩展，最多可在一台计算机上同时支持127种设备，避免了PC上插槽数量对扩
7、弃外设的限制。 4.提供内置电源。USB电源能向低压设备提供5伏的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。 USB接口提供5V 和200ma电流 Imax=500mA pc=500ma,笔记本100ma 5.提供了对电话的两路数据支持。USB可支持异步以及等时数据传输，使电话可与PC集成，共享语音邮件及其它特性。6USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材 6.具有高保真音频。由于USB音频信息生成计算机外，因而减小了电子噪音干扰声音质量的机会，从而使音频系统具有更高的保真度。四.USB的数据传输方式 1.等时传输方式：该方式可以用于对时
8、间非常敏感、需要连续传输数据，并且对数据正确性要求不高的USB设备，如麦克风、音箱等。在这种方式下传输发生错误时，USB并不会处理这些错误，而是继续传送后面的数据。 2.中断传输方式：该方式可以用于传送数据量小但需要实时处理数据的USB设备，如键盘、鼠标等。该方式在传输出错时可以进行实时处理。 3.批处理方式：该方式可以用于传输数据时要求正确无误的USB设备，如打印机、扫描仪等。当发生传输错误时，USB会重新发送正确的数据，以确保最终数据的正确性。 4.控制传输方式：该方式可以用于处理系统到USB设备的数据传送。USB设备接收到这些数据后，会以先进先出的原则处理数据，如数码报像机、数码相机等。
9、7USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材五.USB结构及方式接口里面共有四根扁平的金手指，USB传输线缆里的四条芯线就是对应接口埠上这四条金手指的。细心的你还会发现四根金手指中，外侧的两根比较长，为什么要这样呢？这就是USB支持热插拔的原理，USB是通用串行接口，只需要两条数据线（线缆里的绿线和白线）就可以完成数据的传送和接收，它们与接口埠里较长的两个金手指对应，较短的那两个则是对应地线（黑色）和电源线（红色）。这一独特的构造，使得USB设备在插拔的过程中，例如当我们安装一件USB设备时，由于USB接口埠的内部的金手指长短不同，因此较长的数据线会先与USB插槽接触，然后才是电源
10、线和地线；向外拔时则刚好相反，由于电源线较短，所以首先被断开，然后才是数据线。基于这一原理，有人说只要插拔时遵循这一原则，非USB设备也是能“热插拔”的！8USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材针脚信号名称1+5V dc2-Data3+Data4GNDUSB1.1的工作方式9USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材USB2.0的工作方式10USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材USB2.0的传输速度看起来虽然比USB1.1快了这么多，但事实上其工作原理和模式完全一样，而提高到480Mbit/s的传输速度的最关键技术就是数据传输的最小单位，USB1.
11、1的单位传输速率是1毫秒，而USB2.0的数据传输单位则达到最小的125微秒，刚好是USB1.1的1/8，如此高的速度要求USB2.0的驱动必须提供同步传送更短的微帐结构，这点对视频或音频应用为主的设备来说显得非常重要。 我们不需要理会什么1/8的单位传输时间，总之就是USB1.1的频率是12MHz,而USB2.0则达到480MHz,频率越高，发送同一个数据的时间就越快，相当于我们现在最热门的CPU那样，频率高了，速度就快了，上图我们看到,USB1.1和USB2.0虽然在单位传输时间上快了8倍，但如果其他的不变，那也达不到40倍USB1.1的传输速度，USB主要分为Token(记号)、Data
12、(数据)、Handshake(数据交汇)三部分组成的，由于USB2.0具有480MHz的速度，所以无论是Token(记号)、Data(数据)还是Handshake(数据交汇)，速度都快了很多，这些数据一起加起来的速度就比USB1.1快了40倍，也就是480Mbit/s。11USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材USB2.0的另一个重大的技术问题就是出在HUB这里，它不象USB1.1的HUB那样，可以直接的利用 12Mbit/s的传输速度来进行数据传输，由于USB2.0完全兼容USB1.1，因此，作为USB2.0的HUB，第一个任务就是要辨别所插入的USB设备具体是USB1.1还
13、是USB2.0，然后再进一步分配带宽，如果使用的是USB1.1,则要将USB2.0的480Mbit/s转换成USB1.1的12Mbit/s,而使用的是USB2.0的设备将无须任何改变，直接进行数据交换。但作为HUB，经常会遇到多个设备一起使用的，如果一个HUB同时插入了USB1.1和USB2.0的设备，那么它将必须根据这些设备的带宽进一步分配，这就意味着同一个USB2.0HUB的输出口将会接受两种不同的信号传输频率，因此，USB2.0的HUB将比USB1.1的HUB复杂非常多，包括控制芯片和驱动都一样，他们必须向所有的USB设备提供高速稳定可靠和容错性强的环境，任务意的繁重！12USB的传输理
14、论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材USB线材USB2.0的传输速度较之前的USB1.1提升了40倍的暴速，但其理论却不需要对电缆做任何修改，两者完全一样，让人有点怀疑，如此高的速率，使用旧的电缆真的没问题吗？由于传输速度高了这么多倍，相互间的电磁干扰也必将大很多，这些问题都得到解决了吗？实际上可以说不的，但也不能完全否定，曾经有人用USB1.1的设备插在USB2.0的口上，结果被误认为是USB2.0，并以480Mbit/s的传输速度向它传输数据，造成端子的堵塞而令到其他设备无法使用，而最后检查出来的问题竟是质量不佳的数据线问题，为此，质量不佳的USB电缆在USB1.1上或许可以使用，而在
15、USB2.0上将会发生错误，以致无法使用。13USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材类型导体绝缘地线外屏蔽护套Max.Resistance of Conductor(/km20)(20时最大导体电阻)AWGNo.No./mmNo.ThicknessDia.No./mmAl-MylarSpiral/BraidNo.ThicknessDia.USB2.02827/0.1270.160.70 7/0.127Y165/0.1270.644.10 2232827/0.1270.260.90 2827/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.644.40 22326
16、27/0.160.261.0 13928217/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.644.70 22324211/0.160.261.15 88.92827/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.645.0 2232227/0.160.261.28 57.52827/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.645.30 22320226/0.160.261.46 346额定电压:30V额定温度：60802820AWG（镀锡铜绞合导体）HDPE、PVC或发泡PE绝缘镀锡铜纺织屏蔽PVC护套参照标准：UL444、UL1
17、3、UL1581&USB2.0Specification14USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材差分阻抗at 20(TDR):9015%共模阻防at 20 (TDR):3030%单端延迟差：100ps(TDR)衰减()max频率(MHz)0.0640.2560.5120.7721.000 4.000 8.000 12.000 24.000 48.000 96.000 200.000 400.000 衰减0.080.110.130.150.20.390.570.670.951.351.90 3.20 5.80 (dB/CABLE)简单判定USB线材好坏 1.看外观USB线缆应该
18、有一定的完成外径，而且整根线的粗细都是一致的，线的护套材料要有弹性，能承受合理范围内的弯曲和拉伸，没有老化干裂或“起泡”的现象。护套上面的标识应非常清晰详细，印有该线的各项技术指标参数、符合的安全规范等，大厂的线材还会有自己公司或品牌的标识。 2.认证安规好的线材都会通过各项质量及安全认证，最常见的是UL认证，即保险商试验所（Underwriter Laboratories Inc.）。UL的服务不仅依据美国UL标准，也依据加拿大标准（CSA），由此，UL标记也分为用于UL产品和CSA产品以及两者都满足三种。需要注意的是，某一厂商的名字在UL的产品目录上出现，并不表示该厂商的所在产品都是通过了
19、UL认可的，只有那些带有UL标记的产品才能认为是在UL跟踪检验服务下生产的产品；另外常见的还有国内的长城认证。 3.识参数 线缆上面的标识是USB线缆的各项技术指标，这些参数在一定程度上反映了该线的性能和品质，所以我们有必要了解、读懂这些参数。如图为截取自15USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材USB线缆的一段标识。当中对普通消费者在选购时最具意义的参数是线径，即线缆芯线的直径。业界对线径的粗细是以号数“AWG No.”来表示的，如24AWG、26AWG等等。“AWG”这个单位相信大家在其它线缆产品中也经常会碰到，不过大家又是否知道它的表示意义呢？其实AWG（American
20、 Wire Gauge）是美制电线标准的简称，AWG值是导线厚度（以英寸计）的函数，26AWG约为0.4mm。数目越小表示线径越粗，所能承载的电流就越大，反之则线径越细，耐电流量越小。例如说，12号的耐电流量是20安培，最大承受功率是2200瓦，而18号线的耐电流量则是7安培，最大承受功率是770瓦。为什么AWG号数越小直径反而越大？如这么解释你就会明白：固定的截面积下能塞相同的AWG线的数量，如AWG11可塞11根而AWG15可塞15根，自然的AWG15的单位线径就较小。USB2.0规范要求线径在AWG20-AWG28之间。16USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材连接器知识
21、 1.按作业方式分为焊线式及插pin式焊线式USB A插pin式 USB AUSB B17USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材USB A+A 连接电脑与外设USB A+B 连接电脑与外设USB A+FEMALE USB延长线USB网络适配电缆，双机对拷线最大的传输速率达6Mbps具有热插拔的功能和远程唤醒的功能 传输线的长度为2米。18USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材六：USB Cable生产时重点事项生产过程影响电气特性生产注意事项导体(大小)(1)导体阻抗公差范围内控制导体绞距(1)呈电感怀或电容性公差范围内控制绝缘材质(1)电气特性(2)绝缘阻抗耐
22、电压不可用错材料ID大小(1)特性阻抗公差范围内控制绝缘偏心度(1)特性阻抗及稳定性(2)耐电压及绝缘阻抗公差范围内控制对绞(1)特性阻抗及稳定性(2)延迟差（尤其对此项特别敏感）(1)不跳股(2)张力一致总绞与结构(1)共模阻抗(2)特性阻抗按设计结构编织(1)电磁波(EMI)干扰(2)衰减按设计结构填充(1)特性阻抗按设计结构铝箔麦拉或透明麦拉(1)EMI(2)共模阻抗按设计结构说明（结构）结构内之填充材料不同会影响特性阻抗生产与电气特性相关论19USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材特性要求USB Raw Cable备注1.0版1.1版2.0版特性阻抗(信号对)9015%
23、9015%9015%1.0版用网络分析仪量测频率1-16MHZ,1.1及2.0版用时域反射分析仪量测衰减量（信号对）（小于）频率MHZdB/305MdB/cabledB/cable网络分析仪量测（NA）0.0644.80.080.080.2566.70.110.110.5128.20.130.130.7729.40.150.151.000 12.0 0.20 0.20 4.000 24.0 0.390.398.000 35.0 0.570.5710.00 38.0 -16.00 48.0 -12.00 -0.670.6724.00 -0.950.9548.00 -1.351.3596.00 -
24、1.90 1.90 200 -3.2400 -5.8七：USB Cable各种特性表(接续下页表)20USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材七：USB Cable各种特性表(接续上页表)延迟（小于）30nsFull speed:26nsLow speed:18nsHigh/Fullspeed:26nsLow speed:18ns1.0版用NA1.1及2.0版用TDR延迟差（小于）65.6psFull speed only 400ps/cableHigh/Fullspeed only 100ps/cable1.0版用NA1.1及2.0版用TDR共模阻抗-3030%TDRDC Dr
25、op直流压降小于125mv(drop per link of cable) Assembly传输速度Low1.5Mb/s1.5Mb/s1.5Mb/S1.0版用NA量测1.1及2.0版用TDR量测Full12Mb/s12Mb/s12Mb/sHigh-480Mb/sConnector 连接器A：ConnectorB：ConnectorA：ConnectorB：ConnectorA：ConnectorB：ConnectorC：ConnectorD：Connector说明：1.不管USB1.0,1.1,2.0版线材长度，只要符合上述(1.0,1.1,2.0版)规格，即为合格；2.但电源线的规格5种(2
26、8，26，24，20AWG)总直流压降(小于125mV),延迟(小于26ns)之规定可以推算出其使用长度（参考下表一）；3.针对High/Full speed cable而言，除了衰减要求外，延迟、延迟差的限制皆会影响使用最大长度。一般而率，High/Full speed cable最长使用约5米；4.依据USB协会最新公告，要使用2.0版的Cable Assembly厂必须送样通过USB协会指定机构（如台湾的电检中心）认证后才可以打上USB之标志；5.市场上有许多miniUSB,此规格非USB协会之规范；21USB的传输理论与制作培训教材培训教材培训教材培训教材美国线规(AWG)导体阻抗小于/M建议使用长度280.2321.0米以下260.1461.7米以下240.09092.7米以下220.05744.3米以下200.03585.0米以下备注USB规范内规定直流降压不能大于125mV计算出来的表一22USB的传输理论与制作
