六、USB速度
USB 規范已經為 USB 系統定義了以下四種速度模式： 低速（Low-Speed） 、全速（Full-Speed） 、高速（Hi-Speed）和超高速（SuperSpeed） 。 目前，賽普拉斯對 PsoC 器件系列僅支持全速模式，另外對于各種專用 USB 設備則支持低速、高速和超高速等模式。

新型主機一直能同低速設備進行通信。例如，高速主機能夠與低速設備進行通信，但全速主機并不能同高速設備進行通信。

低速、全速和高速設備的速率分別為 1.5 Mb/s、 12 Mb/s 和 480 Mb/s。但是，這些指的是總線速率，并不是數據速率。 實際的數據速率受總線加載速度、傳輸類型、開銷、操作系統等因素的影響。數據傳輸則受以下內容的限制：

• 低速設備
  例如：鍵盤、鼠標和游戲等外設
  總線速率： 1.5 Mb/s
  最大的有效數據速率： 800 B/s
• 全速設備
  例如：手機、音頻設備和壓縮視頻
  總線速率： 12 Mb/s
  最大的有效數據速率： 1.2 MB/s
• 高速設備
  例如：視頻、影像和存儲設備
  總線速率： 480 Mb/s
  最大的有效數據速率： 53 MB/s

建立好了 USB 設備和主機間的連接后，需要使用 D+或 D-信號線上的上拉電阻來檢測設備的速度。 D+信號線上的 1.5k? 大小的上拉電阻表示所連接的是一個全速設備， D-線上 1.5 k? 大小的上拉電阻表示所連接的是一個低速設備，如圖所示。

USB 2.0 設備經常被誤解為高速 USB 設備。所有高速設備都符合 USB 2.0 規范，這是因為 USB 2.0 規范支持高速模式。 USB 2.0 規范還包含了全速和低速設備。

這些速度也影響到有關位時間的 USB 信號（如數據包結束（EOP）信號）。低速和全速 USB 設備使用了頻率為48 MHz 的時鐘執行 SIE 操作，并執行使用其他時鐘源的 USB 操作。該 48 MHz 時鐘和總線速度決定了 USB 位時間：

• 全速： 時鐘頻率/總線速度 = 48 MHz / 12 Mb/s 時， USB 位時間為 4 個時鐘周期。
• 全速： 時鐘頻率/總線速度 = 48 MHz / 1.5 Mb/s 時， USB 位時間為 4 個時鐘周期。

七、USB電源

作為 USB 電源時，USB 設備可被劃分為兩種設備類型：總線供電和自供電。

總線供電是 USB 設計的一個優勢。由于設備通過總線供電，因此不需要使用笨重的內部或外部電源，它仍能夠維持自身操作?？偩€可由主機或集線器供電。使用某個總線供電的設備時，用戶將設備配置為某種狀態前必須考慮其功耗。即設備枚舉完成后，必須在第一次將設備連接到總線到主機將 SET_CONFIGURATION 命令傳輸給設備的這段時間內檢查其功耗。設備被配置前不能消耗超過 100 mA 的電流（即 USB 規范中為低速、全速或高速設備定義為一個負載單位）。在配置過程中，設備要求一個預算功耗?？偩€供電的設備共有以下兩種：高功耗和低功耗設備。低功耗設備最多消耗 100 mA 的電流，高功耗設備最多消耗 500 mA 的電流。消耗的電流超過 500 mA 的設備要自供電。

自供電設備通過使用外部電源（如直流電源適配器或電池）為自己供電。自供電設備在進行設計的過程中需要考慮到一些注意事項。USB 規范要求自供電設備一直監控自己的 VBUS線。VBUS不存在的時間內，設備必須斷開提供給 D+/D-線上的上拉電阻的電源，從而防止向主機或集線器供電。 否則，會導致 USB 合規性測試發生失敗。但是自供電集線器能夠從總線獲得最多 100 mA 的電流。

設備還能結合兩種電源模式，并成為一個總線供電和自供電的設備。常見的例子是設備使用電池。設備通常是自供電的；但使用 VBUS 給電池充電，并且在電池電量發生變化時給設備供電。在技術方面，該設備是一個自供電設備，如USB 描述符中顯示，但該設備仍要求來自主機的預算電源。同自供電設備相似，這些混合設計中仍需要監控 VBUS 大小，并且仍會斷開提供給 D+/D-線上的上拉電阻的電源。在本應用中，需要實現一部分電源管理系統類型，以監控電池的電壓、充電狀態，并控制電池電源和外部電源間的切換。

此外，無論設備的供電方式如何，所有 USB 設備都必須考慮到它們的暫停電流。設備的暫停電流是指在主機處于掛起模式（又稱待機模式）時由 VBUS 提供的電流。如果總線在 3 ms 時間內沒有進行任意操作，設備會進入掛起模式。即使沒有進行任意數據傳輸操作，主機仍會發出“幀開始”（SOF）令牌，以防止設備進入掛起模式。但低速設備卻沒有 SOF 數據包，因此這種設備是一個例外?？偩€上不進行低速數據的傳輸時，低速設備每經過 1 m 都會發送“數據包結束”（EOP）信號，將其作為“保持活動”信號?？偩€休閑時，設備必須進入掛起模式，并消耗不大于 2.5 mA 的電流。為滿足該要求，設計師必須保證設備進入掛起狀態前已經關閉了各個 LED 和其他電源庫。一旦檢測到總線上發生任何操作，USB 設備都會退出掛起狀態。如果設備具有遠程喚醒功能，它可以向主機發送恢復請求，然后等待主機確認該請求，而不是等待主機進行恢復。

設計師需要了解各種同 USB 電源相對應的 USB 狀態。這些狀態通常出現在 USB 文檔中，并適用于 USB 設備的枚舉操作。

• 連接狀態：當將某個設備插入到主機/集線器，但主機/集線器不給 VBUS線供電時，會出現這種狀態。它通常在集線器檢測到一個過流事件時出現。雖然仍連接著設備，但主機移除了供給它的電源。
• 供電：某個設備被連接到 USB 上并得到供電，但仍未接收到一個復位請求。
• 默認：某個設備被連接到 USB 上、得到供電，并且由主機進行了復位。這時，設備沒有任何設備地址。設備會響應地址 0。
• 地址：某個設備被連接到 USB、得到供電、被復位，并且有一個唯一的地址。但是設備仍未得到配置。
• 配置：設備已經連接到 USB、得到供電、被復位、具有唯一的地址、得到配置，但尚未進入掛起狀態。此時，總線供電設備能夠消耗超過 100 mA 的電流。
• 掛起：如上面所述，設備已經建立好了連接，并且得到配置，但在 3 ms 時間內不會進行任意總線操作。

USB 規范具有一個框圖，描述了這些電源模式的相關性和切換性。

對于低速、全速和高速 USB 設備，USB 的功耗會以 2 mA 的單位進行枚舉。例如，需要消耗 100 mA 電流的全速設備在進行枚舉時將發送數值 50。

開發 USB 設計時，請考慮您的設備消耗總線的電流。根集線器由主機 PC 的電源供電。如果主機被連接到交流電源上，則 USB 規范要求主機為集線器上的每一個端口提供 500 mA 的電流。這樣能將總線供電設備上的電流消耗限制在500 mA。如果主機 PC 由電池供電，它可以為集線器上的每一端口提供 100 mA 或 500 mA 的電流。將設備插入到總線供電的集線器時，該設備必須是低功耗設備，并且消耗電流不能超過 100 mA?？偩€供電的集線器共有 500 mA 的電流可供給所有所連接的設備使用。

最后，我想推薦一下我的公眾號，公號現在還沒有內容，以后會慢慢的添加的，博客也會同步更新到公眾號的。其實我是有私心的，就是想練一練寫作能力，也希望關注我的讀者也能和我一起成長。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的硬件笔记（5）---- USB学习笔记2的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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