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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 單相導軌開關電源

一文弄懂USB版本、標準和基礎原理

發布日期：2022-07-16 點擊率：222

在儀表行業中UBS接口常見于無紙記錄儀等產品上，也有儀表工使用與無紙記錄儀所帶USB接口版本不同的的U盤而不能正常存儲和讀取儀表數據，為此本文簡單介紹USB接口、標準和基礎原理，方便儀表工了解USB相關的一些基礎知識。

USB為Universal Serial Bus縮寫，通用串行總線。USB最初由英特爾與微軟倡導發起，最大的特點是盡可能的實現熱插拔和即插即用。

USB發展歷程
①較早版本：
USB 0.7：1994年11月發布；
USB 0.8：1994年12月發布；
USB 0.9：1995年4月發布；
USB 0.99：1995年8月發布；
USB 1.0 RC：1995年11月發布。

②USB 1.0：1996年1月發布
數據傳輸速率為1.5Mbit/s(Low-Speed)。無預測及通過檢測功能。僅極少數出現在市場上。

③USB 1.1：1998年9月發布
修正1.0版已發現的問題，大部分是關于USB Hubs。最早被采用的修訂版。數據傳輸速率為12Mbit/s(Full-Speed)。

④USB 2.0：2000年4月發布
增加更高的數據傳輸速率480Mbit/s(現在稱作Hi-Speed)，但受限于BOT傳輸協議和NRZI編碼方式，實際最高傳輸速度只有35MByte/s左右。USB OTG(On-The-Go)是USB2.0規格的補充標準。

⑤USB 3.0：2008年11月發布
速度由480Mbps大幅提升到5Gbps，USB 3.0插座通常是藍色的，并向下兼容USB 2.0。

⑥USB 3.1：2013年7月31日發布
傳輸速度提升為10Gb/s，比USB3.0的5Gb/s快上一倍，并向下兼容USB 2.0/1.0，電力供應可高達100W。

⑦USB 3.2
在現有的USB Type-C數據在線實現雙通道，使用USB 3.2主機連接USB 3.2存儲設備，可以實現兩條通道10Gb/s的傳輸速度，理論上也就是相當接近于20Gb/s。

⑧USB 4：2019年9月3日發布
采用Thunderbolt 3協議規格，使Thunderbolt 3設備將能兼容于USB 4，現有3.2及2.0也向下兼容。速度方面加倍來到兩條通道總共40Gb/s的傳輸速度。

USB版本
USB-IF(USB-IF：USB Implementers Forum，USB標準化組織)當前正式的主版本號只有USB 2.0和USB 3.2兩個。USB標準化組織主版本只有兩個，但現在USB標準中，按照速度等級和連接方式分為以下幾種版本：USB 1.0、1.1、2.0、3.0、3.1、3.2。

準確的說，主版本號除了USB 2.0和USB 3.2，還應該有一個USB4。下面給一張圖：

USB版本

上面那張圖信息量有點大，你會發現我們學習、開發板上使用的基本都是USB 2.0版本(低速、全速、高速)，也是眾多嵌入式產品中常用的一種。

USB接口
現在流行于手機中的一種接口[Type-C]，相信絕大部分人都知道。Type-C屬于USB中一種較新的接口，在這之前其實還有Type-A和Type-B(可能很多人不知道)。

USB設備識別
USB信號使用分別標記為D+和D-的雙絞線傳輸，它們各自使用半雙工的差分信號并協同工作，以抵消長導線的電磁干擾。因為USB設備類型有很多，同時又做了兼容，因此就需要對不同設備進行識別。昌暉儀表在這里講述一下低速、全速和高速設備的識別原理(官方有手冊)。

1、低速和全速設備識別
低速(Low Speed)和全速(Full Speed)設備區分方法比較簡單：在設備端有一個1.5k的上拉電阻，當設備插入hub或上電(固定線纜的USB設備)時，有上拉電阻的那根數據線就會被拉高，hub根據D+/D-上的電平判斷所掛載的是全速設備還是低速設備。
◆低速設備1.5K上拉電阻位于D-
◆全速設備1.5K上拉電阻位于D+

如下圖：
USB低速設備識別

2、高速設備識別
(上面)USB低速和全速的識別比較簡單，但只有一對D+和D-數據線，高速設備就不能再像上面那樣僅依靠數據線上拉電阻來識別。
高速設備初始是以一個全速設備的身份出現，和全速設備一樣，D+線上有一個1.5k的上拉電阻。USB2.0的hub把它當作一個全速設備，之后，hub和設備通過一系列握手信號確認雙方的身份。

USB高速設備識別

如上圖，hub檢測到有設備插入/上電時，向主機通報，主機發送Set_Port_Feature請求讓hub復位新插入的設備。設備復位操作是hub通過驅動數據線到復位狀態SE0(Single-ended 0，即D+和D-全為低電平)，并持續至少10ms。

具體識別過程相對復雜，具體可見下面描述：

USB低速、全速和高速的識別

以上內容介紹了USB接口的一些基礎知識，那么儀表工在自己購買無紙記錄儀上使用的U盤時這些知識就用得上了。

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