什么是USB？USB接口的組成 USB協(xié)議仿真

什么是USB

USB（Universal Serial Bus）通用串行總線，是一種串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，被廣泛地應(yīng)用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品，并擴(kuò)展至攝影器材、數(shù)字電視（機(jī)頂盒）、游戲機(jī)等其它相關(guān)領(lǐng)域。最新一代是USB4，傳輸速度為40Gbit/s，三段式電壓5V/12V/20V，最大供電100W ，新型Type C接口允許正反盲插。

USB的發(fā)展史

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USB 1.0

USB 1.0是在1996年出現(xiàn)的，速度只有1.5Mb/s(位每秒)；1998年升級(jí)為USB 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，在部分舊設(shè)備上還能看到這種標(biāo)準(zhǔn)的接口。USB1.1是較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps。

02

USB 2.0

USB2.0規(guī)范是由USB1.1規(guī)范演變而來的。它的傳輸速率達(dá)到了480Mbps，折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數(shù)外設(shè)的速率要求。USB 2.0中的“增強(qiáng)主機(jī)控制器接口”（EHCI）定義了一個(gè)與USB 1.1相兼容的架構(gòu)。它可以用USB 2.0的驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)USB 1.1設(shè)備。也就是說，所有支持USB 1.1的設(shè)備都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必?fù)?dān)心兼容性問題，而且像USB 線、插頭等等附件也都可以直接使用。

使用USB為打印機(jī)應(yīng)用帶來的變化則是速度的大幅度提升，USB接口提供了12Mbps的連接速度，相比并口速度提高達(dá)到10倍以上，在這個(gè)速度之下打印文件傳輸時(shí)間大大縮減。USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步將接口速度提高到480Mbps，是普通USB速度的20倍，更大幅度降低了打印文件的傳輸時(shí)間。

03

USB 3.0

由Intel、微軟、惠普、德州儀器、NEC、ST-NXP等業(yè)界巨頭組成的USB 3.0Promoter Group宣布，該組織負(fù)責(zé)制定的新一代USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)正式完成并公開發(fā)布。USB 3.0的理論速度為5.0Gb/s，其實(shí)只能達(dá)到理論值的5成，那也是接近于USB 2.0的10倍了。USB3.0的物理層采用8b/10b編碼方式，這樣算下來的理論速度也就4Gb/s，實(shí)際速度還要扣除協(xié)議開銷，在4Gb/s基礎(chǔ)上要再少點(diǎn)?？蓮V泛用于PC外圍設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品。

USB 3.0在實(shí)際設(shè)備應(yīng)用中將被稱為“USB SuperSpeed”，順應(yīng)此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。支持新規(guī)范的商用控制器在2009年下半年面世，消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)上市。

04

USB 4.0

USB4.0規(guī)范由 USB 實(shí)施者論壇于 2019 年 8 月 29 日發(fā)布。USB4 基于Thunderbolt 3協(xié)議。它支持 40 Gbit/s 吞吐量，兼容 Thunderbolt 3，并向后兼容 USB 3.2 和 USB 2.0。

USB接口的組成

USB 接口由電纜、連接器和協(xié)議組成。

1

電纜：USB 電纜是一根用于傳輸數(shù)據(jù)和供電的線纜，通常采用雙絞線結(jié)構(gòu)。USB2.0及之前的標(biāo)準(zhǔn)使用4根導(dǎo)線，分別是兩根用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線(D+和D-)，一根用于供電的 VCC 線，一根用于地線的GNDUSB3.0及之后的標(biāo)準(zhǔn)引入了多根用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)某咚俨罘謧鬏斁€。

2

連接器:USB 連接器有多種類型，分別用于不同的設(shè)備。常見的連接器有標(biāo)準(zhǔn)型A型和B型，小型型A型和B型，迷你型A型和B型等USB 連接器的設(shè)計(jì)兼容性強(qiáng)，可以插入任意方向而無需區(qū)分正反面。

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協(xié)議:USB 協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶晚樞颉SB 傳輸使用基于主機(jī)一設(shè)備模式的異步通信方式，主機(jī)在需要的時(shí)候發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求設(shè)備響應(yīng)并傳輸數(shù)據(jù)。USB 協(xié)議支持多種傳輸模式，包括控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和等時(shí)傳輸。

USB優(yōu)點(diǎn)

USB設(shè)備主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

可以熱插拔

用戶在使用外接設(shè)備時(shí)，不需要關(guān)機(jī)再開機(jī)等動(dòng)作，而是在電腦工作時(shí)，直接將USB 插上使用。

攜帶方便

USB 設(shè)備大多以“小、輕、薄”見長(zhǎng)，對(duì)用戶來說隨身攜帶大量數(shù)據(jù)時(shí)，很方便。當(dāng)然USB硬盤是首要之選了。

標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

大家常見的是IDE接口的硬盤，串口的鼠標(biāo)鍵盤，并口的打印機(jī)掃描儀，可是有了USB 之后，這些應(yīng)用外設(shè)統(tǒng)統(tǒng)可以用同樣的標(biāo)準(zhǔn)與個(gè)人電腦連接，這時(shí)就有了USB 硬盤、USB鼠標(biāo)、USB打印機(jī)等等。

可以連接多個(gè)設(shè)備

USB 在個(gè)人電腦上往往具有多個(gè)接口，可以同時(shí)連接幾個(gè)設(shè)備，如果接上一個(gè)有四個(gè)端口的USB HUB 時(shí)，就可以再連上四個(gè)USB設(shè)備，以此類推，盡可以連下去，將你家的設(shè)備都同時(shí)連在一臺(tái)個(gè)人電腦上而不會(huì)有任何問題(注:最高可連接至127個(gè)設(shè)備）。

SIDesigner仿真演示

下面以USB信號(hào)SerDes傳輸為例，演示巨霖工具SIDesigner。

搭建的原理圖如下：

設(shè)置參數(shù)，查看仿真輸出結(jié)果:

SIDesigner提供了很便捷的測(cè)量方式，例如可以看眼高眼寬等：

審核編輯：劉清