介绍
基于 USB 的系统无处不在,无论是在嵌入式系统中,USB 被用作产品内部组件之间的互连技术,还是作为计算机和外围设备之间流行的外部互连总线。 USB 接口的一个额外好处是它支持从主机向外围设备供电。
通用串行总线 (USB) 已成为当今个人计算机上的主要接口,取代了以前使用的许多外部串行和并行总线。自 1995 年推出以来,USB 已超越其最初的个人计算机用途,并已成为多种电子设备中使用的无处不在的接口。 USB 已经扩展到系统间通信之外。例如,芯片间 USB (IC_USB) 和高速芯片间 (HSIC) USB 用于芯片间通信。
USB 2.0 是一个成熟的标准,并且许多构建块都很强大。然而,这些总线可能会受到噪声、电路板布局、端接和其他因素的影响。在总线通信故障的情况下,示波器是最初提供时序和幅度信息的首选工具,当配备解码能力时,还可以提供协议级诊断信息。
即使 USB 总线正常运行,其他系统也会在特定条件下出现问题。在这些情况下,触发特定 USB 总线值可以提供关键时间参考,以帮助解决系统级错误。
本应用说明 • 简要介绍了 USB 2.0 的物理层和数据包结构,目的是提供足够的详细信息以帮助进行故障排除
• 说明如何在配备 USB 2.0 解码的示波器上设置解码
• 说明如何在配备 USB 2.0 解码的示波器上解释串行总线数据
• 说明配备 USB2.0 串行解码功能的示波器上可用的触发和搜索选项
凭借可选的串行触发和分析功能,泰克示波器成为使用 USB 2.0 总线的嵌入式系统设计人员的强大工具。在本应用笔记中,5 系列 MSO 用于演示 USB 串行总线解码和触发。
其他泰克示波器也支持 USB 2.0 触发和分析。有关完整列表,请参阅“使用示波器和可选软件的串行支持”。
USB 2.0 背景
2000 年发布的 USB 2.0 规范涵盖了当今使用的大多数 USB 设备。 USB 2.0 取代了 USB 1.1 规范,在 USB 1.1 规范中定义的低速和全速接口的基础上增加了高速接口。 USB 2.0 规范的补充包括 IC_USB、HSIC 和其他增强功能。
2008 年,USB 3.0 规范发布。 USB 3.0 被称为 SuperSpeed USB,比高速 USB 2.0 快十倍。 SuperSpeed USB 保留了与 USB 2.0 设备的向后兼容性。 USB 3.0 是与 USB 2.0 规范结合使用的附加规范,不能替代它。 SuperSpeed USB 设备必须实现 USB 2.0 设备框架命令和描述符。
USB 实施者论坛 (USB-IF) 管理和推广 USB 标准和 USB 技术。 USB 规范可在 USB IF 网站上找到。
这个怎么运作
USB SPEED
BIT RATE
BIT PERIOD
Low-Speed USB 2.0
1.5 Mb/s
667 ns
Full-Speed USB 2.0
12 Mb/s
83.3 ns
High-Speed USB 2.0
480 Mb/s
2.08 ns
SuperSpeed USB 3.0
5 Gb/s
200 ps
有四种 USB 速度。 高速设备以全速开始,然后过渡到高速。 USB 2.0 总线的速度受连接到主机控制器的最慢设备的限制。
对于 SuperSpeed USB,使用两个主机控制器:一个用于 SuperSpeed USB 设备,一个用于 USB 2.0 设备。 与 USB 2.0 系统一样,带有 USB 3.0 设备的总线速度受到最慢设备的限制。
部分泰克示波器提供 USB 串行触发和分析支持(参见附录 A)。 对于低速和全速 USB,所有示波器型号都提供触发、解码和搜索支持。 对于高速 USB 信号,需要 ≥1 GHz 的示波器型号。
电气接口
主机包含一个上游“A”连接器,设备具有一个下游“B”连接器。 每个连接器都有三个版本:标准、迷你和微型。 USB 2.0 电缆有四根线:两根线用于从主机提供电源:5 V 电源(红线)和地线(黑线)。 连接器的设计使得电源和接地引脚在数据引脚之前连接。 主机通过智能电源管理提供 100 mA 至 500 mA 的电流。 例如,主机或集线器可以监控设备的电源,并在出现过流情况时关闭。