关于USB问题问答
usb问题问答一、问：当一个usb设备插入pc机，pc机怎么知道有设备插入?答：如图1-1和图1-2所示，usb接口只有4条线: vcc（5v）,gnd,d-,d+。pc机的usb插孔的d-和d+数据线均连接15k欧姆的下拉电阻。而usb设备端的d-或d+数据线连接1.5k欧姆的上拉电阻。当设备插入pc机的时候，会将pc机的d-或d+端的电压拉高，当pc机在d-或d+端检测到高电平时，就知道有设备插入了。
如果是pc机d-端被拉高，接入的则是usb低速设备；
如果是pc机d+端被拉高，接入的则是usb全速或高速设备，具体是全速设备还是高速设备，会由pc机和usb设备发包握手确定。
图1-1 usb低速设备硬件接线图
图1-2 usb全速（高速）设备硬件接线图
二、问：当usb设备插入后，pc机会提醒我们“某某设备接入”，pc机怎么知道我们插入的设备的信息的呢？答：如图2-1所示，当pc机检测到有usb设备插入后，会主动向设备发送命令包，要求设备告诉pc机，设备信息。这时设备必须向pc机回复自己的信息（以描述符形式）。明确一点：usb设备不会主动给pc机发数据，只能被动的等待pc机来拿。
图2-1 usb设备获取设备信息过程
三、问：pc机上接有非常多的usb设备，怎么分辨它们？答：每一个usb设备接入pc时，usb总线驱动程序都会给它分配一个编号，接在usb总线上的每一个usb设备都有自己的编号(地址)。pc机想访问某个usb设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)。
四、问：usb设备刚接入pc时，还没有编号，那么pc怎么把分配的编号告诉它？答：新接入的usb设备的默认编号是0，在未分配新编号前，pc使用0编号和它通信。
usb接口emc注意事项一、接地设计如果 设备为金属外壳 ，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过 1000pf 电容相连；
如果 设备为非金属外壳 ，那么接口地 pgnd与单板地 gnd 直接电气连接。
二、连接器设计1、usb af连接器 usb信号排序设计9
2、连接器 usb与机体的搭接方式：
（ 1） 面板开孔时采用精密的铣削加工技术，使孔眼的形状更适合连接器的放置，避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙， 进而降低电磁干扰辐射；经过测试证明， 精确的铣削开孔加工可以提高 12~18%的电磁兼容性；
（ 2） 机体与 usb 金属连接器之间的接合处要增加金属弹片，使两者接合时能够保持良好的导电性能。具体搭接方式如上图所示。
三、线缆设计1、线缆设计要求：
usb2.0 af连接器 普通型
:
2、屏蔽层与金属连接器的搭接：
（ 1） 屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行 360°的搭接；搭接方式如上图：
（ 2） 屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。
四、电缆设计（ 1） usb-2.0信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式，且网状编织层编织密度要求不小于 90%；差分线组采用铝箔屏蔽；
（ 2） 内部组线时，差分电缆采用双绞传输，双绞绞距一般为最小绞距的 2 倍， （最小绞距 = d为电缆的外径） ；组线方式如上图所示：
（ 3） 电缆两端需要增加磁环处理，磁环内径与电缆的外径要紧密结合，尽量选择厚长型的磁环。
图 4 usb-2.0信号电缆五、走线设计（ 1） usb-2.0信号电缆走线时要求远离其他强干扰源，如电源模块；
（ 2） 电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持 10cm 以上距离， 切不可与其他线缆一起混合捆扎。
六、usb otgusb otg即usb on-the-go的缩写，他目的是实现在没有host的情况下，实现设备间的数据传送。例如数码相机直接连接到打印机上，通过otg技术，连接两台设备间的usb口，将拍出的相片立即打印出来；手机读写u盘。
6.1 otg 检测的原理
usb otg标准在完全兼容usb2.0标准的基础上，增添了电源管理（节省功耗）功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作（两用otg）。usb otg技术可实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。
usb otg接口中有5条线：
2条用来传送数据（d+ 、d-）;
1条是电源线(vbus);
1条则是接地线(gnd)；
1条是id线。id线—以用于识别不同的电缆端点，mini-a插头(即a外设)中的id引脚接地，mini-b插头（即b外设）中的id引脚浮空。当otg设备检测到接地的id引脚时，表示默认的是a设备（主机），而检测到id引脚浮空的设备则认为是b设备（外设）。
举个例子：
当我们手机使用otg线接u盘时，一般手机otg线，手机端是mini头，里面的id被接到了gnd，另一端是正常usb的母座，只有4pin，没有id脚，相当于悬空。手机就是设备a，因为id脚被连到了gnd，所以手机端的usb otg控制器读取到id的状态为低，因此手机就作为主设备。而u盘端id悬空，故被当做从设备b。
总结：
当设备检测到usb_id信号为低时，该设备应作为host（主机，也称a设备）用。
当设备检测到usb_id信号为高时，该设备作为slave(外设，也称b设备）用。
实际的usb连接线中，是没有usb_id这根线的。都是在接口部分直接拉死的。
对于host端，只需将连接线的usb_id pin和地短接即可，
对于slave端，usb连接线的usb_id pin是悬空的。（设备内部上拉）。
otg有两种设备类型:两用otg设备(dualrole device)和外设式otg设备(peripheralonly otg device) 。
两用otg设备要提供有限的主机能力和一个miniab插座、支持主机流通协议(host negotiatio n protocol, hnp),并和外设式otg设备一样支持事务请求协议(session request protocol, srp)。当作为主机工作时,两用otg设备可在总线上提供8ma的电流,而以往标准主机则需要 提供100～500 ma的电流。
6.2 otg功能的构建下图所示电路给出了构建otg功能时需要在基础usb外设上添加的电路，电路中的通用串行总线控制器可以是一个微处理器和usb sie（串口引擎），也可以是集成的μp/usb芯片或与usb收发器相连的asic。
为总线提供电源的外部设备需要一路3.3v稳压输出供电电压，以便为逻辑电路和连接在d+、d-引脚的1500ω电阻提供电源。
通过d+、d-引脚上的上拉电阻可向主机发出设备已连接的信号，并指示设备的工作速度。
电阻上拉至d+表示全速运行，电阻上拉至d-表示低速运行。
其它端点（包括d+和d-的15kω下拉电阻）用于检测上拉电阻的状态。
由于usb设计需要提供热插拔功能。因此，其esd保护电路主要用于为d+、d-和vbus引脚提供保护。
为了增加otg的两用功能，必须扩充收发器功能来使otg设备既可作为主机使用，也可以作为外设使用。而要实现上述功能，就需要在下图所示电路中添加d+和d-端的15kω下拉电阻并为vbus提供供电电源。此外，收发器还需要具备以下三个条件：
（1）可切换d+/d-线上的上拉和下拉电阻，以提供外设和主机功能。
（2）作为a设备时，需要具有vbus监视和供电电路；作为b设备初始化srp时，需要监视和触发vbus。
（3）具有id输入引脚。
作为两用otg设备，asic、dsp或其它与收发器连接的电路必须具备充当外设和主机的功能，并应按照hnp协议转换其角色。
收发器所需添加的大多数电路用于vbus引脚的管理。作为主机，它必须能够提供5v、输出电流可达8ma的电源。图中的模拟开关用于配置收发器的各种功能。
asic和控制器还必须包含usb主机逻辑控制功能，包括发送sof（帧启动）包、发送配置u36755输入u36755输出数据包，在usb 1ms帧内确定传输进程、发送usb复位信号、提供usb电源管理等。
6.3 maxim usb otg 设计方案max3301e是maxim公司研制的一款usb otg收发器，该器件集成有电荷泵，可将pda、蜂窝电话和数码相机等移动设备与usb外设直接连接而无需pc机的参与。
采用max3301e和一个嵌入式usb主机，就可直接将诸如打印机或外部硬盘驱动器这样的外设连接。
max3301e内部包括usb otg收发器、ubus电荷泵、线性稳压器和i2c 2线串行接口。
内部电平转换器使max3301e能够与采用+1.65至+3.6v逻辑电源电压的器件连接。
max3301e中的电荷泵工作在+3v至+4.5v输入电源下，可产生符合otg要求的vbus输出，且输出电流大于8ma。该器件可利用内部比较器控制并测量vbus，同时支持usb otg srp和hnp，其典型应用电路下图所示。
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如果是pc机d-端被拉高，接入的则是usb低速设备；
如果是pc机d+端被拉高，接入的则是usb全速或高速设备，具体是全速设备还是高速设备，会由pc机和usb设备发包握手确定。
图1-1 usb低速设备硬件接线图
图1-2 usb全速（高速）设备硬件接线图
二、问：当usb设备插入后，pc机会提醒我们“某某设备接入”，pc机怎么知道我们插入的设备的信息的呢？答：如图2-1所示，当pc机检测到有usb设备插入后，会主动向设备发送命令包，要求设备告诉pc机，设备信息。这时设备必须向pc机回复自己的信息（以描述符形式）。明确一点：usb设备不会主动给pc机发数据，只能被动的等待pc机来拿。
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三、问：pc机上接有非常多的usb设备，怎么分辨它们？答：每一个usb设备接入pc时，usb总线驱动程序都会给它分配一个编号，接在usb总线上的每一个usb设备都有自己的编号(地址)。pc机想访问某个usb设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)。
四、问：usb设备刚接入pc时，还没有编号，那么pc怎么把分配的编号告诉它？答：新接入的usb设备的默认编号是0，在未分配新编号前，pc使用0编号和它通信。
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如果 设备为非金属外壳 ，那么接口地 pgnd与单板地 gnd 直接电气连接。
二、连接器设计1、usb af连接器 usb信号排序设计9
2、连接器 usb与机体的搭接方式：
（ 1） 面板开孔时采用精密的铣削加工技术，使孔眼的形状更适合连接器的放置，避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙， 进而降低电磁干扰辐射；经过测试证明， 精确的铣削开孔加工可以提高 12~18%的电磁兼容性；
（ 2） 机体与 usb 金属连接器之间的接合处要增加金属弹片，使两者接合时能够保持良好的导电性能。具体搭接方式如上图所示。
三、线缆设计1、线缆设计要求：
usb2.0 af连接器 普通型
:
2、屏蔽层与金属连接器的搭接：
（ 1） 屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行 360°的搭接；搭接方式如上图：
（ 2） 屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。
四、电缆设计（ 1） usb-2.0信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式，且网状编织层编织密度要求不小于 90%；差分线组采用铝箔屏蔽；
（ 2） 内部组线时，差分电缆采用双绞传输，双绞绞距一般为最小绞距的 2 倍， （最小绞距 = d为电缆的外径） ；组线方式如上图所示：
（ 3） 电缆两端需要增加磁环处理，磁环内径与电缆的外径要紧密结合，尽量选择厚长型的磁环。
图 4 usb-2.0信号电缆五、走线设计（ 1） usb-2.0信号电缆走线时要求远离其他强干扰源，如电源模块；
（ 2） 电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持 10cm 以上距离， 切不可与其他线缆一起混合捆扎。
六、usb otgusb otg即usb on-the-go的缩写，他目的是实现在没有host的情况下，实现设备间的数据传送。例如数码相机直接连接到打印机上，通过otg技术，连接两台设备间的usb口，将拍出的相片立即打印出来；手机读写u盘。
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1条则是接地线(gnd)；
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总结：
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对于host端，只需将连接线的usb_id pin和地短接即可，
对于slave端，usb连接线的usb_id pin是悬空的。（设备内部上拉）。
otg有两种设备类型:两用otg设备(dualrole device)和外设式otg设备(peripheralonly otg device) 。
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6.2 otg功能的构建下图所示电路给出了构建otg功能时需要在基础usb外设上添加的电路，电路中的通用串行总线控制器可以是一个微处理器和usb sie（串口引擎），也可以是集成的μp/usb芯片或与usb收发器相连的asic。
为总线提供电源的外部设备需要一路3.3v稳压输出供电电压，以便为逻辑电路和连接在d+、d-引脚的1500ω电阻提供电源。
通过d+、d-引脚上的上拉电阻可向主机发出设备已连接的信号，并指示设备的工作速度。
电阻上拉至d+表示全速运行，电阻上拉至d-表示低速运行。
其它端点（包括d+和d-的15kω下拉电阻）用于检测上拉电阻的状态。
由于usb设计需要提供热插拔功能。因此，其esd保护电路主要用于为d+、d-和vbus引脚提供保护。
为了增加otg的两用功能，必须扩充收发器功能来使otg设备既可作为主机使用，也可以作为外设使用。而要实现上述功能，就需要在下图所示电路中添加d+和d-端的15kω下拉电阻并为vbus提供供电电源。此外，收发器还需要具备以下三个条件：
（1）可切换d+/d-线上的上拉和下拉电阻，以提供外设和主机功能。
（2）作为a设备时，需要具有vbus监视和供电电路；作为b设备初始化srp时，需要监视和触发vbus。
（3）具有id输入引脚。
作为两用otg设备，asic、dsp或其它与收发器连接的电路必须具备充当外设和主机的功能，并应按照hnp协议转换其角色。
收发器所需添加的大多数电路用于vbus引脚的管理。作为主机，它必须能够提供5v、输出电流可达8ma的电源。图中的模拟开关用于配置收发器的各种功能。
asic和控制器还必须包含usb主机逻辑控制功能，包括发送sof（帧启动）包、发送配置u36755输入u36755输出数据包，在usb 1ms帧内确定传输进程、发送usb复位信号、提供usb电源管理等。
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max3301e内部包括usb otg收发器、ubus电荷泵、线性稳压器和i2c 2线串行接口。
内部电平转换器使max3301e能够与采用+1.65至+3.6v逻辑电源电压的器件连接。
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