深圳市鵬毅實業(yè)有限公司SHENZHENPANGNGAIINDUSTRIALCO.,LTDUSB的傳輸理論與制作講師：梁永進1USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!USB的傳輸理論與制作近年來，隨著數(shù)據(jù)的流動性越來越強，即使是網絡的普及為我們帶來了許多方便，但面對一些稍微大點的數(shù)據(jù)顯得有心無力，而且在一些網絡不發(fā)達的地區(qū)和數(shù)據(jù)比較大的時候，顯然采用外設的機會也越來越多，而且隨著多媒體設備和移動數(shù)據(jù)外設的開始普及，使用有效及高寬帶的串行接口將顯得越南來越重要，而這方面的主要代表者就是USB1.1/USB2.01.1使用純藍圖標，2.0添加了Hi-Speed(高速)的紅色標記。2USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一、USB產生目的

USB(UniversalSerialBus)的中文名稱是“通用串行總線”，它是由英特爾、康柏、惠普、郎訊、飛利浦、NEC七家重量級的IT廠商共同提出并參與研發(fā)的。作為當時的一種全新總線標準，USB的設計目的是為了個人電腦與外圍設備提供一個通用、簡易的接口。3USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!2.對一般外設有足夠的帶寬和連接距離。USB允許兩種數(shù)據(jù)傳送速度規(guī)格。低速傳送為1.5Mbps,全速傳送為12Mbps。全速傳送時，結點間連接距離為5m,連接使用的4芯電纜（電源2條，信號線2條）。該速率與一個標準的串行端口相比，大約快出100倍，與一個標準的并行端口相比，也快出近10倍。因此，USB能支持高速接口（例如ISDN、PRI、T1），使用戶擁有足夠的帶寬供新的數(shù)字外設使用。圖3-2USB的電纜USB的高速信號的比特率定為12Mbps;480Mbps低速信號傳送的模式為1.5Mbps;低速模式需要更少的EMI保護。兩種模式可在用同一USB總線傳輸?shù)那闆r下自動地動態(tài)切換。因為過多的低速模式的使用將降低總線的利用率，所以該模式只支持有限低帶寬的設備（如鼠標）。時鐘被調制后與差分數(shù)據(jù)一同被傳送出去，時鐘信號被轉換成NRZI碼，并填充了比特以保證轉換的連續(xù)性，每一數(shù)據(jù)包中附有同步信號以使得收方可還原出原時鐘信號。

電纜中包括VBUS、GND二條線，向設備提供電源。VBUS使用+5V電源。USB對電纜長度的要求很寬，最長可為幾米。通過選擇合適的導線長度以匹配4USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

6.具有高保真音頻。由于USB音頻信息生成計算機外，因而減小了電子噪音干擾聲音質量的機會，從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度。四.USB的數(shù)據(jù)傳輸方式1.等時傳輸方式：該方式可以用于對時間非常敏感、需要連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)正確性要求不高的USB設備，如麥克風、音箱等。在這種方式下傳輸發(fā)生錯誤時，USB并不會處理這些錯誤，而是繼續(xù)傳送后面的數(shù)據(jù)。2.中斷傳輸方式：該方式可以用于傳送數(shù)據(jù)量小但需要實時處理數(shù)據(jù)的USB設備，如鍵盤、鼠標等。該方式在傳輸出錯時可以進行實時處理。3.批處理方式：該方式可以用于傳輸數(shù)據(jù)時要求正確無誤的USB設備，如打印機、掃描儀等。當發(fā)生傳輸錯誤時，USB會重新發(fā)送正確的數(shù)據(jù)，以確保最終數(shù)據(jù)的正確性。4.控制傳輸方式：該方式可以用于處理系統(tǒng)到USB設備的數(shù)據(jù)傳送。USB設備接收到這些數(shù)據(jù)后，會以先進先出的原則處理數(shù)據(jù)，如數(shù)碼報像機、數(shù)碼相機等。5USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!針腳信號名稱1+5Vdc2-Data3+Data4GNDUSB1.1的工作方式6USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!USB2.0的傳輸速度看起來雖然比USB1.1快了這么多，但事實上其工作原理和模式完全一樣，而提高到480Mbit/s的傳輸速度的最關鍵技術就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝唬琔SB1.1的單位傳輸速率是1毫秒，而USB2.0的數(shù)據(jù)傳輸單位則達到最小的125微秒，剛好是USB1.1的1/8，如此高的速度要求USB2.0的驅動必須提供同步傳送更短的微帳結構，這點對視頻或音頻應用為主的設備來說顯得非常重要。我們不需要理會什么1/8的單位傳輸時間，總之就是USB1.1的頻率是12MHz,而USB2.0則達到480MHz,頻率越高，發(fā)送同一個數(shù)據(jù)的時間就越快，相當于我們現(xiàn)在最熱門的CPU那樣，頻率高了，速度就快了，上圖我們看到,USB1.1和USB2.0雖然在單位傳輸時間上快了8倍，但如果其他的不變，那也達不到40倍USB1.1的傳輸速度，USB主要分為Token(記號)、Data(數(shù)據(jù))、Handshake(數(shù)據(jù)交匯)三部分組成的，由于USB2.0具有480MHz的速度，所以無論是Token(記號)、Data(數(shù)據(jù))還是Handshake(數(shù)據(jù)交匯)，速度都快了很多，這些數(shù)據(jù)一起加起來的速度就比USB1.1快了40倍，也就是480Mbit/s。7USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!USB線材USB2.0的傳輸速度較之前的USB1.1提升了40倍的暴速，但其理論卻不需要對電纜做任何修改，兩者完全一樣，讓人有點懷疑，如此高的速率，使用舊的電纜真的沒問題嗎？由于傳輸速度高了這么多倍，相互間的電磁干擾也必將大很多，這些問題都得到解決了嗎？實際上可以說不的，但也不能完全否定，曾經有人用USB1.1的設備插在USB2.0的口上，結果被誤認為是USB2.0，并以480Mbit/s的傳輸速度向它傳輸數(shù)據(jù)，造成端子的堵塞而令到其他設備無法使用，而最后檢查出來的問題竟是質量不佳的數(shù)據(jù)線問題，為此，質量不佳的USB電纜在USB1.1上或許可以使用，而在USB2.0上將會發(fā)生錯誤，以致無法使用。8USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!差分阻抗at20℃(TDR):90Ω±15%

共模阻防at20℃(TDR):30Ω±30%

單端延遲差：≤100ps(TDR)

衰減()max頻率(MHz)0.0640.2560.5120.7721.0004.0008.00012.00024.00048.00096.000200.000400.000衰減0.080.110.130.150.20.390.570.670.951.351.903.205.80(dB/CABLE)

簡單判定USB線材好壞

1.看外觀USB線纜應該有一定的完成外徑，而且整根線的粗細都是一致的，線的護套材料要有彈性，能承受合理范圍內的彎曲和拉伸，沒有老化干裂或“起泡”的現(xiàn)象。護套上面的標識應非常清晰詳細，印有該線的各項技術指標參數(shù)、符合的安全規(guī)范等，大廠的線材還會有自己公司或品牌的標識。

2.認證安規(guī)好的線材都會通過各項質量及安全認證，最常見的是UL認證，即保險商試驗所（UnderwriterLaboratoriesInc.）。UL的服務不僅依據(jù)美國UL標準，也依據(jù)加拿大標準（CSA），由此，UL標記也分為用于UL產品和CSA產品以及兩者都滿足三種。需要注意的是，某一廠商的名字在UL的產品目錄上出現(xiàn)，并不表示該廠商的所在產品都是通過了UL認可的，只有那些帶有UL標記的產品才能認為是在UL跟蹤檢驗服務下生產的產品；另外常見的還有國內的長城認證。

3.識參數(shù)

線纜上面的標識是USB線纜的各項技術指標，這些參數(shù)在一定程度上反映了該線的性能和品質，所以我們有必要了解、讀懂這些參數(shù)。如圖為截取自9USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!連接器知識1.按作業(yè)方式分為焊線式及插pin式焊線式USBA插pin式USBAUSBB10USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!六：USBCable生產時重點事項生產過程影響電氣特性生產注意事項導體(大小)(1)導體阻抗公差范圍內控制導體絞距(1)呈電感懷或電容性公差范圍內控制絕緣材質(1)電氣特性

(2)絕緣阻抗耐電壓不可用錯材料ID大小(1)特性阻抗公差范圍內控制絕緣偏心度(1)特性阻抗及穩(wěn)定性

(2)耐電壓及絕緣阻抗公差范圍內控制對絞(1)特性阻抗及穩(wěn)定性

(2)延遲差（尤其對此項特別敏感）(1)不跳股

(2)張力一致總絞與結構(1)共模阻抗

(2)特性阻抗按設計結構編織(1)電磁波(EMI)干擾

(2)衰減按設計結構填充(1)特性阻抗按設計結構鋁箔麥拉或透明麥拉(1)EMI

(2)共模阻抗按設計結構說明（結構）結構內之填充材料不同會影響特性阻抗生產與電氣特性相關論11USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!七：USBCable各種特性表(接續(xù)上頁表)延遲（小于）30nsFullspeed:26ns

Lowspeed:18nsHigh/Full

speed:26ns

Lowspeed:18ns1.0版用NA

1.1及2.0版用TDR延遲差（小于）65.6psFullspeedonly400ps/cableHigh/Full

speedonly100ps/cable1.0版用NA

1.1及2.0版用TDR共模阻抗--30±30%ΩTDRDCDrop直流壓降小于125mv(dropperlinkofcable)Assembly傳輸速度Low1.5Mb/s1.5Mb/s1.5Mb/S1.0版用NA量測

1.1及2.0版用TDR量測Full12Mb/s12Mb/s12Mb/sHigh--480Mb/sConnector連接器A：Connector

B：ConnectorA：Connector

B：ConnectorA：Connector

B：Connector

C：Connector

D：Connector說明：1.不管USB1.0,1.1,2.0版線材長度，只要符合上述(1.0,1.1,2.0版)規(guī)格，即為合格；2.但電源線的規(guī)格5種(28，26，24，20AWG)總直流壓降(小于125mV),延遲(小于26ns)之規(guī)定可以推算出其使用長度（參考下表一）；3.針對High/Fullspeedcable而言，除了衰減要求外，延遲、延遲差的限制皆會影響使用最大長度。一般而率，High/Fullspeedcable最長使用約5米；4.依據(jù)USB協(xié)會最新公告，要使用2.0版的CableAssembly廠必須送樣通過USB協(xié)會指定機構（如臺灣的電檢中心）認證后才可以打上USB之標志；5.市場上有許多miniUSB,此規(guī)格非USB協(xié)會之規(guī)范；12USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!二.USB發(fā)展歷程1.早在1994年、Intel、Digital、IBM、Microsoft、NEC等幾家世界著名的計算機和通訊公司成立了USB論壇。

2.1995年11月正式制定了USB0.9通用串行總線規(guī)范。

3.USB1.0標準于1996年正式發(fā)布，但性能平平（1.5Mbit/s）當時的主流操作系統(tǒng)。WIN95無法支持USB1.0也是一個致命的原因，就是這些原因令USB1.0沒有獲得成功。4.1998推出的USB1.1的傳輸速率為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，它次真正實現(xiàn)了plug-and-plug(即插即用)的功能，無須得新啟動，而且大部分設備免去了復雜的驅動安裝。Intel就在其芯片中集成了1.1標準的USB控制器。5.USB2.0標準于2004年4月正式出臺，它的速率一舉提高到原來的USB1.1的40倍—480Mbit/s的速率，USB2.0繼承了前輩的所有優(yōu)點，而且接口與1.1完全相同，擁有向前、向后雙向兼容性，即1.1的設備可用于2.0接口，2.0的設備可用于1.1接口。三.USB特點1.外設的安裝十分簡單，所有的USB外設利用“ONE-SIZE-FITS-ALL”連接器都可簡單方便地連接入計算機中，安裝過程高度自動化，既不必打開機箱插入插卡，又不必考慮資源分配，也不用關掉計算機電源（熱插拔）。13USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!指定的IRdrop和其它一些特性，如設備能源瞀和電纜適應度。為了保證足夠的輸入電壓和終端阻抗。重要的終端設備應位于電纜的尾部。在每個端口都可檢測終端是否連接或分離，并區(qū)分出高速，或低速設備。3.支持多設備連接，減少了PC機I/O接口數(shù)量。利用菊花鏈的形式對端口加以擴展，最多可在一臺計算機上同時支持127種設備，避免了PC上插槽數(shù)量對擴棄外設的限制。4.提供內置電源。USB電源能向低壓設備提供5伏的電源，因此新的設備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設備的成本并提高了性價比。USB接口提供5V和200ma電流Imax=500mApc=500ma,筆記本100ma5.提供了對電話的兩路數(shù)據(jù)支持。USB可支持異步以及等時數(shù)據(jù)傳輸，使電話可與PC集成，共享語音郵件及其它特性。14USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!五.USB結構及方式接口里面共有四根扁平的金手指，USB傳輸線纜里的四條芯線就是對應接口埠上這四條金手指的。細心的你還會發(fā)現(xiàn)四根金手指中，外側的兩根比較長，為什么要這樣呢？這就是USB支持熱插拔的原理，USB是通用串行接口，只需要兩條數(shù)據(jù)線（線纜里的綠線和白線）就可以完成數(shù)據(jù)的傳送和接收，它們與接口埠里較長的兩個金手指對應，較短的那兩個則是對應地線（黑色）和電源線（紅色）。這一獨特的構造，使得USB設備在插拔的過程中，例如當我們安裝一件USB設備時，由于USB接口埠的內部的金手指長短不同，因此較長的數(shù)據(jù)線會先與USB插槽接觸，然后才是電源線和地線；向外拔時則剛好相反，由于電源線較短，所以首先被斷開，然后才是數(shù)據(jù)線。基于這一原理，有人說只要插拔時遵循這一原則，非USB設備也是能“熱插拔”的！15USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!USB2.0的工作方式16USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!USB2.0的另一個重大的技術問題就是出在HUB這里，它不象USB1.1的HUB那樣，可以直接的利用12Mbit/s的傳輸速度來進行數(shù)據(jù)傳輸，由于USB2.0完全兼容USB1.1，因此，作為USB2.0的HUB，個任務就是要辨別所插入的USB設備具體是USB1.1還是USB2.0，然后再進一步分配帶寬，如果使用的是USB1.1,則要將USB2.0的480Mbit/s轉換成USB1.1的12Mbit/s,而使用的是USB2.0的設備將無須任何改變，直接進行數(shù)據(jù)交換。但作為HUB，經常會遇到多個設備一起使用的，如果一個HUB同時插入了USB1.1和USB2.0的設備，那么它將必須根據(jù)這些設備的帶寬進一步分配，這就意味著同一個USB2.0HUB的輸出口將會接受兩種不同的信號傳輸頻率，因此，USB2.0的HUB將比USB1.1的HUB復雜非常多，包括控制芯片和驅動都一樣，他們必須向所有的USB設備提供高速穩(wěn)定可靠和容錯性強的環(huán)境，任務意的繁重！17USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!類型導體絕緣地線外屏蔽護套Max.ResistanceofConductor(Ω/km@20℃)(20℃時最大導體電阻)AWGNo.No./mmNo.ThicknessDia.No./mmAl-MylarSpiral/BraidNo.ThicknessDia.USB2.02827/0.1270.160.707/0.127Y16×5/0.1270.644.102232827/0.1270.260.902827/0.1270.260.907/0.127Y16×5/0.120.644.402232627/0.160.261.013928217/0.1270.260.907/0.127Y16×5/0.120.644.7022324211/0.160.261.1588.92827/0.1270.260.907/0.127Y16×5/0.120.645.02232227/0.160.261.2857.52827/0.1270.260.907/0.127Y16×5/0.120.645.3022320226/0.160.261.46346額定電壓:30V

額定溫度：60~80℃

28~20AWG（鍍錫銅絞合導體）

HDPE、PVC或發(fā)泡PE絕緣

鍍錫銅紡織屏蔽

PVC護套

參照標準：UL444、UL13、UL1581&USB2.0Specification18USB的傳輸理論與制作共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!USB線纜的一段標識。當中對普通消費者在選購時最具意義的參數(shù)是線徑，即線纜芯線的直徑。業(yè)界對線徑的粗細是以號數(shù)“AWGNo.”來表示的，如24AWG、26AWG等等。“AWG”這個單位相信大家在其它線纜產品中也經常會碰到，不過大家又是否知道它的表示意義呢？其實AWG（AmericanWireGauge）是美制電線標準的簡稱，AWG值是導線厚度（以英寸計）的函數(shù)，26AWG約為0.4mm。數(shù)目越小表示線徑越粗，所能承載的電流就越大，反之則線徑越細，耐電流量越小。例如說，12號的耐電流量是20安培，最大承受功率是2200瓦，而18號線的耐電流量則是7安培，最大承受功率是770瓦。為什么AWG號數(shù)越小直徑反而越大？如這么解釋你就會明白：固定的截面積下能塞相同的AWG線的數(shù)量，如AWG11可塞11根而AWG15可塞15根，自然的AWG15的單位線徑就較小。USB2.0規(guī)范要求線徑在AWG20-AWG28之間。19USB的傳輸理論