USB识别及阻抗匹配
阻抗匹配计算理解与方法
（1）差分信号首先来看一下什么是差分信号吧。
1、差分信号差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。
在这两根线上的传输的信号就是差分信号。
信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1。
在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。
一般类型有：USB、以太网、PCIE、SATA、RS485、RS422、HDMI、LVDS常用对有：+/- PM/PN TXN/TXP2、差分信号与单端走线的比较差分信号与传统的一根信号线一根地线（即单端信号）走线的做法相比，其优缺点分别是：优点：抗干扰能力强。
干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即，噪声对信号的逻辑意义不产生影响。
能有效抑制电磁干扰（EMI）。
由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消。
因此对外界的电磁干扰也小。
时序定位准确。
差分信号的接收端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。
而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。
缺点：若电路板的面积非常吃紧，单端信号可以只有一根信号线，地线走地平面，而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。
这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小，以至于只能穿过一根走线的情况下。
（So，差分信号要优先布线）（2）关于差分的五个常见误区误区一：认为差分信号不需要地平面作为回流路径，或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。
造成这种误区的原因是被表面现象迷惑，或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。
虽然差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。
地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径，其实在信号回流分析上，差分走线和普通的单端走线的机理是一致的，即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流，最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外，还存在相互之间的耦合，哪一种耦合强，那一种就成为主要的回流通路。
USB识别及阻抗匹配
USB识别及阻抗匹配2016/11/22修改记录：目录B传送数率.........................................................................................................................B接口定义.........................................................................................................................B识别.................................................................................................................................2.1.全速和低速识别......................................................................................................................2.2.高速识别..................................................................................................................................B匹配.................................................................................................................................1.概述USB是英文universalserialbus通用串行总线的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑和外部设备的链接和通信。
USB识别及阻抗匹配
USB识别及阻抗匹配2016/11/22修改记录：目录B传送数率.........................................................................................................................B接口定义.........................................................................................................................B识别.................................................................................................................................2.1.全速和低速识别......................................................................................................................2.2.高速识别..................................................................................................................................B匹配.................................................................................................................................1.概述USB是英文universalserialbus通用串行总线的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑和外部设备的链接和通信。
关于USB通信阻抗匹配的问题（转载）
关于USB通信阻抗匹配的问题（转载）1.未加终端电阻的波形（还是可以通讯的）2.加上终端电阻的波形（通讯稳定性增强）最近对USB2.0协议进行了研究，也算是略知皮毛了，在这期间也遇到过很多问题，也在网上找过解答，首先我要感谢网络这个强大的东西，为我答疑解惑，其次也想提醒大家网络上的东西一定要持怀疑的态度来看；下面就解说下关于网上所说的USB匹配电阻的问题。
做过USB的人都或许有一个纠结，那就是D+和D-上到底要串多大的电阻，串在源端还是终端，我想说：网络上的说法都不完全正确，首先USB有低速、全速和高速之分，这一点我想大家都很熟悉了，在低速和全速模式下是电压驱动的，驱动电压为3.3V，但在高速模式下是电流驱动的，驱动电流为17.78mA，host-device模型如下：(画图太麻烦，就直接手画了)Host和device的D+和D-都有45ohm的电阻端接到地，所以每根线的并联电阻为22.5ohm，17.78x22.5=400mV，所以高速模式下的差分幅度为800mV (这时匹配电阻为0)，但是匹配电阻选择10ohm，22ohm和33ohm时我们可以计算出单端信号的幅度如下图：由此可得高速模式下加入匹配电阻会使信号幅度下降，使信号质量变差，加入匹配电阻后的眼图分别如下：10ohm22ohm那么网上所说的匹配电阻都是错的么？也不是啦！网上所说的匹配电阻都是在全速和低速模式下的，全速模式下为电压驱动的，驱动器具有一定输出阻抗(一般较小)，USB线的特性阻抗为90ohm所以要想源端与USB线匹配就需要串电阻，具体阻值是要根据驱动器的输出阻抗来决定的，即要求源端差分阻抗=USB线差分特性阻抗；而要终端匹配的话就需要并联电阻了(终端的阻抗一般很大)，在驱动能力不强的情况下根本就没法实现；至于匹配电阻要放在源端还是终端，因为USB是双向的，所以要匹配源端的话则应串在源端，要匹配终端的话则要放在终端。
以上是鄙人通过所学知识对网上的关于USB疑问的一些解释，如有不对还请各位网友斧正！PS：为什么在讨论低速/全速时候，需要考虑USB线的90ohm特性阻抗，而讨论高速模式（电流驱动）的时候，又把USB线的电阻视为0了？22.5=45//45，其中45来自于低速/全速驱动器的内置导通电阻。
USB识别及阻抗匹配
USB识别及阻抗匹配2016/11/22修改记录：目录1.概述 (3)B 传送数率 (3)B接口定义 (3)B识别 (3)2.1.全速和低速识别 (3)2.2.高速识别 (4)B匹配 (8)1.概述USB是英文universal serial bus通用串行总线的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑和外部设备的链接和通信。
B 传送数率B接口定义B识别我们知道USB2.0向下兼容USB1.x，即高速2.0的hub能支持所有的速度类型的设备，而USB1.x 的hub不能支持高速设备（High Speed Device）。
因此，如果高速设备挂到USB1.x的hub上，那该设备只能工作在全速模式下。
不管是hub还是设备（device），对于速度的区分是非常重要的，否则，后续的通信根本无法进行。
2.1.全速和低速识别根据规范，全速（Full Speed）和低速（Low Speed）很好区分，因为在设备端有一个1.5k的上拉电阻，当设备插入hub或上电（固定线缆的USB设备）时，有上拉电阻的那根数据线就会被拉高，hub根据D+/D-上的电平判断所挂载的是全速设备还是低速设备。
如下两图：USB全速设备上电连接（Full-speed Device Cable and Resistor Connections）USB低速设备上电连接（Low-speed Device Cable and Resistor Connections）2.2.高速识别USB全速/低速识别相当简单，但USB2.0，USB1.x就一对数据线，不能像全速/低速那样仅依靠数据线上拉电阻位置就能识别USB第三种速度：高速。
因此对于高速设备的识别就显得稍微复杂些。
高速设备初始是以一个全速设备的身份出现的，即和全速设备一样，D+线上有一个1.5k的上拉电阻。
USB2.0的hub把它当作一个全速设备之后，hub和设备通过一系列握手信号确认双方的身份。
usb 共模电感 差模阻抗
USB共模电感和差模阻抗引言USB（Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机和外部设备的通用接口标准。
在USB接口中，共模电感和差模阻抗是两个重要的参数，对于USB的性能和稳定性起着重要作用。
本文将详细介绍USB共模电感和差模阻抗的概念、特性以及其在USB接口中的作用。
USB共模电感共模电感是指在USB接口中用于抑制共模干扰的电感元件。
共模干扰是指通过共模信号线（如地线）传播的电磁干扰。
USB共模电感的作用是通过阻抗匹配和滤波的方式，将共模干扰信号尽可能地抑制在接口内部，以保证USB信号的稳定性和可靠性。
USB共模电感通常采用线圈形式，由绕组和磁芯组成。
绕组中的线圈通过电感耦合的方式，起到阻抗匹配和滤波的作用。
磁芯则用于增加电感的感应效果，提高共模电感的性能。
USB共模电感的特性主要包括电感值、频率响应和直流电阻。
电感值决定了共模电感对共模干扰信号的抑制能力，通常以亨利（H）为单位。
频率响应描述了共模电感在不同频率下的阻抗特性，常用的指标是频率响应曲线。
直流电阻则表示了共模电感在直流电路中的电阻值，对于USB信号的传输没有实质性影响。
USB差模阻抗差模阻抗是指在USB接口中用于匹配差模信号的阻抗。
差模信号是指通过差模信号线（如数据线）传播的电信号，用于传输实际数据。
USB差模阻抗的作用是保证差模信号的传输质量，避免信号的失真和损耗。
USB差模阻抗通常采用传输线的形式，由导体和绝缘层组成。
导体用于传输差模信号，绝缘层则用于隔离和保护导体。
差模阻抗的大小取决于导体的几何形状、材料特性和绝缘层的介电常数等因素。
USB差模阻抗的特性主要包括阻抗值、频率响应和传输损耗。
阻抗值决定了差模阻抗对差模信号的匹配程度，通常以欧姆（Ω）为单位。
频率响应描述了差模阻抗在不同频率下的阻抗特性，常用的指标是频率响应曲线。
传输损耗表示了差模信号在传输过程中的信号衰减程度，对于USB信号的传输质量有重要影响。
usb接口数据线上的电平标准
USB接口数据线上的电平标准一、 USB接口的电平标准USB（Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机和外部设备的串行总线标准。
USB接口数据线上的电平标准对于USB设备的正常连接和通讯起着至关重要的作用。
USB接口的电平标准分为USB 2.0和USB 3.0两种版本，下面将分别介绍它们的电平标准。
1. USB2.0电平标准USB 2.0是一种常见的USB接口标准，其电平标准主要包括数据线电压、数据传输速度、数据线电流和数据线的阻抗。
（1）数据线电压：USB 2.0规定了数据线的高电平和低电平的电压范围，分别为0.0V-0.3V和2.8V-3.6V。
数据线的电压范围对于设备的正常通讯起着至关重要的作用，如果电压超出了规定范围，可能会导致设备无法正常工作。
（2）数据传输速度：USB 2.0标准规定了数据传输速度为最高480Mbps，这一速度已经能够满足大多数外部设备和计算机的数据传输需求。
（3）数据线电流：USB 2.0规定了数据线的电流最大为500mA，这一电流可以满足大部分外部设备的供电需求。
（4）数据线阻抗：USB 2.0标准规定了数据线的阻抗为90ohms，这一阻抗值对于保证数据传输信号质量起着至关重要的作用。
2. USB3.0电平标准USB 3.0是USB接口的下一代标准，其电平标准相比USB 2.0有了很大的提升。
USB 3.0的电平标准主要包括数据线电压、数据传输速度、数据线电流和数据线的阻抗。
（1）数据线电压：USB 3.0规定了数据线的高电平和低电平的电压范围，分别为0.0V-0.3V和2.8V-3.6V。
与USB 2.0相比，USB 3.0的电压范围并没有变化。
（2）数据传输速度：USB 3.0标准规定了数据传输速度为最高5Gbps，这一速度是USB 2.0的10倍，能够更好地满足高速数据传输的需求。
（3）数据线电流：USB 3.0规定了数据线的电流最大为900mA，相比USB 2.0有了一定的提升，可以更好地满足外部设备的供电需求。
数据传输线上阻抗匹配
数据传输线上阻抗匹配
为什么在一些数据线上加一个串联电阻？
这个原理是什么？
阻抗匹配，去毛刺，对噪声衰减、
阻抗匹配，建议看传输线原理和匹配方法
数据线两端阻抗不匹配，信号会在数据线上来回反射形成上下冲或者振铃，
串电阻就是衰减这种反射的，减弱上下冲，避免产生振铃，这个是属于信号
完整性问题，可以看一些信号完整性的书。
同意说的很好！~其实我们做设计的时候，很少关注这些问题。
但是在大公司很注重设计前的仿真。
能够解决很多问题。
但是这些需要很长时间的积累
还可能是加测试点
需要阻抗匹配的一般是速度比较高的，比如CLK线，而用来进行阻抗匹配电阻的位置是非常重要的，如串接电阻用来作为阻抗匹配时，需要放在源端，如果并联接入电阻进行匹配的话，需要接在接受端。
而一般的低速数据线加入电阻，个人认为可以减缓开关（CMOS的打开与关闭）的速度。
我们目前用的大部分数据传输都是CMOS电路，而CMOS在G与S端都会存在一定的寄生电容，如果在传入一定的电阻的话，就可以组成一个RC延迟电路。
USB协议规定，差分线的线阻抗应该是90欧+-%15，所以串两个27欧的电阻是不对的！一般选用两个33欧的！。
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USB识别及阻抗匹配
2016/11/22
目录
1.概述
B 传送数率
B接口定义
B识别
2.1.全速和低速识别
2.2.高速识别
B匹配
概述
USB是英文universal serial bus通用串行总线的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑和外部设备的链接和通信。
我们知道USB2.0向下兼容USB1.x，即高速2.0的hub能支持所有的速度类型的设备，而USB1.x的hub不能支持高速设备（High Speed Device）。
因此，如果高速设备挂到USB1.x 的hub上，那该设备只能工作在全速模式下。
不管是hub还是设备（device），对于速度的区分是非常重要的，否则，后续的通信根本无法进行。
全速和低速识别
根据规范，全速（Full Speed）和低速（Low Speed）很好区分，因为在设备端有一个1.5k 的上拉电阻，当设备插入hub或上电（固定线缆的USB设备）时，有上拉电阻的那根数据线就会被拉高，hub根据D+/D-上的电平判断所挂载的是全速设备还是低速设备。
如下两图：
USB全速设备上电连接
（Full-speed Device Cable and Resistor Connections）
USB低速设备上电连接
（Low-speed Device Cable and Resistor Connections）
高速识别
USB全速/低速识别相当简单，但USB2.0，USB1.x就一对数据线，不能像全速/低速那样仅依靠数据线上拉电阻位置就能识别USB第三种速度：高速。
因此对于高速设备的识别就显得稍微复杂些。
高速设备初始是以一个全速设备的身份出现的，即和全速设备一样，D+线上有一个
1.5k的上拉电阻。
USB
2.0的hub把它当作一个全速设备之后，hub和设备通过一系列
握手信号确认双方的身份。
在这里对速度的检测是双向的，比如高速的hub需要检测所挂上来的设备是高速、全速还是低速，高速的设备需要检测所连上的hub是USB2.0的还是1.x的，如果是前者，就进行一系列动作切到高速模式工作，如果是后者，就以全速模式工作。
下图展示了一个高速设备连到USB2.0 hub上的情形：
hub检测到有设备插入/上电时，向主机通报，主机发送Set_Port_Feature请求让hub 复位新插入的设备。
设备复位操作是hub通过驱动数据线到复位状态SE0(Single-ended 0，即D+和D-全为低电平)，并持续至少10ms。
高速设备看到复位信号后，通过内部的电流源向D-线持续灌大小为17.78mA电流。
此时高速设备的1.5k上拉电阻还未撤销，在hub端，全速驱动器形成一个阻抗为45欧姆(Ohm)的终端电阻，所以在hub端看到一个约800mV的电压（45欧姆*17.78mA），这就是Chirp K信号。
Chirp K信号的持续时间是1ms~7ms。
在hub端，虽然下达了复位信号，并一直驱动着SE0，但USB2.0的高速接收器一
直在检测Chirp K信号，如果没有Chirp K信号看到，就继续复位操作,直到复位结束，之后就在全速模式下操作。
如果只是一个全速的hub，不支持高速操作，那么该hub不理会设备发送的Chirp K信号，之后设备也不会切换到高速模式。
设备发送的Chirp K信号结束后100us内，hub必须开始回复一连串的KJKJKJ....序列，向设备表明这是一个USB2.0的hub。
这里的KJ序列是连续的，中间不能间断，而且每个K或J的持续时间在40us~60us之间。
KJ序列停止后的100~500us内结束复位操作。
hub发送Chirp KJ序列的方式和设备一样，通过电流源向差分数据线交替灌17.78mA的电流实现。
再回到设备端来。
设备检测到6个hub发出的Chirp 信号后（3对KJ序列），它必须在500us内切换到高速模式。
切换动作有：
1. 断开1.5k的上拉电阻。
2. 连接D+/D-上的高速终端电阻（high-speed termination），实际上就是全速/低速
差分驱动器。
3. 进入默认的高速状态。
执行1，2两步后，USB信号线上看到的现象就发生变化了：hub发送出来的Chirp KJ序列幅值降到了原先的一半，400mV。
这是因为设备端挂载新的终端电阻后，配上原先hub端的终端电阻，并联后的阻抗是22.5欧姆。
400mV就是由17.78mA*22.5Ohm得来。
以后高速操作的信号幅值就是400mV而不像全速/低速那样的3V。
至此，高速设备与USB2.0 hub握手完毕，进行后续的480Mbps高速信号通信。
最后附上几幅实际USB高速识别的示波器抓图，图中蓝色信号是D+,黄色信号是D-。
1.数据线D+在T点之前挂上1.5K电阻，在T点被host拉成EP0状态。
在近2ms后，
设备发送第一个Chirp K，向host通知说：我是一个高速设备，如果可能，请用高速方式与我通信。
其幅度是800mV（17.78mA * (45Ohm || 1.5kOhm) = 800mV，见上文解释）。
在这里，Chirp K的持续时间是2.13ms（a，b两点之间）。
2.这幅图显示了host发出的chirp KJ信号的幅度，头几个KJ是800mv（a，b之间），随后的是400mV。
图中可以看到设备在收到第三个chirp J（蓝色短条）后马上把1.5k电阻取消，导致chirp J的幅值下降到400mV。
(17.78mA * (45Ohm || 45Ohm) = 17.78mA * 22.5Ohm = 400mV)
3.量测了一个chirp J的宽度：43.5us。
USB匹配
USB控制器的内部结构如下图所示：
由上图可知，USB的高速模式和低速/全速使用不同的驱动器，USB使用差分特性阻抗为90ohm的线，USB全速模式下驱动器的输出阻抗和输入阻抗不为45ohm，信号会发生反射造成
信号质量下降，需要对电路进行匹配来减小信号的反射；常用的匹配方式有：串联匹配、并联匹配、戴维南匹配等。
USB全速驱动器的输出阻抗一般比较小，
1.若输出阻抗<特性阻抗，则可以通过串联电阻来实现匹配，要实现驱动器和USB线的阻
抗匹配必须在USB D+和D-上串联电阻，串联电阻的要求为Rs+R串=USB线特性阻抗；
以下分别为串联0ohm、3ohm、22ohm、33ohm、51ohm和68ohm眼图，RT mean和FT mean 为上升和下降时间的平均值。
1)R串= 3ohm，RTmean = 3.30ns；FTmean = 2.80ns；
2)R串= 22ohm，RTmean = 3.71ns；FTmean = 3.12ns；
3)R串= 33ohm，RTmean = 4.36ns；FTmean = 3.61ns；
4)R串= 51ohm，RTmean = 4.88ns；FTmean = 4.50ns；
5)R串= 68ohm，RTmean = 6.85ns；FTmean = 7.16ns；
2.当阻抗>特性阻抗时，则要通过并联电阻来实现匹配，而在高速模式下，信号是通过
电流源驱动的，以上匹配电阻的存在都将降低信号质量，下面分别举串联10ohm、
22ohm和33ohm为例；
1)没有串联电阻时的眼图如下：
2)R串= 10ohm
U device = 17.78*45//(10+45) = 440.1mV，U host = 45/(45+10)*440.1 = 360.1mV；
3)R串= 22ohm
U device = 17.78*45//(22+45) = 478.6mV，U host = 45/(45+22)*478.6 = 321.5mV；
4)R串= 33ohm
U device = 17.78*45//(33+45) = 507.4mV，U host = 45/(45+33)*507.4 = 292.7mV；
1、1.5K上拉到？
2、800mv时候的等效电路？。