USB的傳輸理論與制作ppt課件

1、 近年來，隨著數(shù)據(jù)的流動性越來越強，即使是網(wǎng)絡(luò)的普及為我們帶來了許多方便，但面對一些略微大點的數(shù)據(jù)顯得有心無力，而且在一些網(wǎng)絡(luò)不興隆的地域和數(shù)據(jù)比較大的時候，顯然采用外設(shè)的時機也越來越多，而且隨著多媒體設(shè)備和挪動數(shù)據(jù)外設(shè)的開場普及，運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運用純藍圖標，2.0添加了Hi-Speed(高速)的紅色標志。一、USB產(chǎn)生目的 USB(Universal Serial Bus)的中文稱號是“通用串行總線，它是由英特爾、康柏、惠普、郎訊、飛利浦、NEC七家分量級的IT廠商共同提出并參與研發(fā)的。作為當時的一種全新

2、總線規(guī)范，USB的設(shè)計目的是為了個人電腦與外圍設(shè)備提供一個通用、簡易的接口。二.USB開展歷程 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。 2.2019年11月正式制定了USB0.9通用串行總線規(guī)范。 3.USB1.0規(guī)范于2019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也是一個致命的緣由，就是這些緣由令USB1.0沒有獲得勝利。 4.2019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勝利的緣由

3、之一，它第一次真正實現(xiàn)了plug-and-plug(即插即用)的功能，無須得新啟動，而且大部分設(shè)備免去了復(fù)雜的驅(qū)動安裝。Intel就在其芯片中集成了1.1規(guī)范的USB控制器。 5.USB2.0規(guī)范于2019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承繼了長輩的一切優(yōu)點，而且接口與1.1完全一樣，擁有向前、向后雙向兼容性，即1.1的設(shè)備可用于2.0接口，2.0的設(shè)備可用于1.1接口。三.USB特點 1.外設(shè)的安裝非常簡單，一切的USB外設(shè)利用“ONE-SIZE-FITS-ALL銜接器都可簡一方便地銜接入計算機中，安裝過程高度自動化，既不用翻

4、開機箱插入插卡，又不用思索資源分配，也不用關(guān)掉計算機電源熱插拔。 2.對普通外設(shè)有足夠的帶寬和銜接間隔 。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(jié)點間銜接間隔 為5m,銜接運用的4芯電纜電源2條，信號線2條。該速率與一個規(guī)范的串行端口相比，大約快出100倍，與一個規(guī)范的并行端口相比，也快出近10倍。因此，USB能支持高速接口例如ISDN、PRI、T1，運用戶擁有足夠的帶寬供新的數(shù)字外設(shè)運用。圖3-2 USB的電纜lUSB的高速信號的比特率定為12Mbps;480Mbpsl低速信號傳送的方式為1.5Mbps;l 低速方式需求更少的EMI維護

5、。兩種方式可在用同一USB總線傳輸?shù)那闆r下自動地動態(tài)切換。由于過多的低速方式的運用將降低總線的利用率，所以該方式只支持有限低帶寬的設(shè)備如鼠標。時鐘被調(diào)制后與差分數(shù)據(jù)一同被傳送出去，時鐘信號被轉(zhuǎn)換成NRZI碼，并填充了比特以保證轉(zhuǎn)換的延續(xù)性，每一數(shù)據(jù)包中附有同步信號以使得收方可復(fù)原出原時鐘信號。 電纜中包括VBUS、GND二條線，向設(shè)備提供電源。VBUS運用+5V電源。USB對電纜長度的要求很寬，最長可為幾米。經(jīng)過選擇適宜的導(dǎo)線長度以匹配指定的IR drop和其它一些特性，如設(shè)備能源瞀和電纜順應(yīng)度。為了保證足夠的輸入電壓和終端阻抗。重要的終端設(shè)備應(yīng)位于電纜的尾部。在每個端口都可檢測終端能否銜接或

6、分別，并區(qū)分出高速，或低速設(shè)備。 3.支持多設(shè)備銜接，減少了PC機I/O接口數(shù)量。利用菊花鏈的方式對端口加以擴展，最多可在一臺計算機上同時支持127種設(shè)備，防止了PC上插槽數(shù)量對擴棄外設(shè)的限制。 4.提供內(nèi)置電源。USB電源能向低壓設(shè)備提供5伏的電源，因此新的設(shè)備就不需求專門的交流電源了，從而降低了這些設(shè)備的本錢并提高了性價比。 USB接口提供5V 和200ma電流 Imax=500mA pc=500ma,筆記本100ma 5.提供了對 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 可與PC集成，共享語音郵件及其它特性。 6.具有高保真音頻。由于USB音頻信息生成計算機外，因此減小了電

7、子噪音干擾聲音質(zhì)量的時機，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、需求延續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)正確性要求不高的USB設(shè)備，如麥克風、音箱等。在這種方式下傳輸發(fā)生錯誤時，USB并不會處置這些錯誤，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)量小但需求實時處置數(shù)據(jù)的USB設(shè)備，如鍵盤、鼠標等。該方式在傳輸出錯時可以進展實時處置。 3.批處置方式：該方式可以用于傳輸數(shù)據(jù)時要求正確無誤的USB設(shè)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

8、以用于處置系統(tǒng)到USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。USB設(shè)備接納到這些數(shù)據(jù)后，會以先進先出的原那么處置數(shù)據(jù)，如數(shù)碼報像機、數(shù)碼相機等。五.USB構(gòu)造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(yīng)接口埠上這四條金手指的。細心的他還會發(fā)現(xiàn)四根金手指中，外側(cè)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，只需求兩條數(shù)據(jù)線線纜里的綠線和白線就可以完成數(shù)據(jù)的傳送和接納，它們與接口埠里較長的兩個金手指對應(yīng)，較短的那兩個那么是對應(yīng)地線黑色和電源線紅色。這一獨特的構(gòu)造，使得USB設(shè)備在插拔的過程中，例如當我們安裝一件USB設(shè)備時，由于USB接口埠的內(nèi)部的金手指長短

9、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；向外拔時那么剛好相反，由于電源線較短，所以首先被斷開，然后才是數(shù)據(jù)線?；谶@一原理，有人說只需插拔時遵照這一原那么，非USB設(shè)備也是能“熱插拔的！針腳信號名稱1+5V dc2-Data3+Data4GNDUSB1.1的任務(wù)方式USB2.0的任務(wù)方式USB2.0的傳輸速度看起來雖然比USB1.1快了這么多，但現(xiàn)實上其任務(wù)原理和方式完全一樣，而提高到480Mbit/s的傳輸速度的最關(guān)鍵技術(shù)就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?，USB1.1的單位傳輸速率是1毫秒，而USB2.0的數(shù)據(jù)傳輸單位那么到達最小的125微秒，剛好是USB1.1的1/8，如此

10、高的速度要求USB2.0的驅(qū)動必需提供同步傳送更短的微帳構(gòu)造，這點對視頻或音頻運用為主的設(shè)備來說顯得非常重要。 我們不需求理睬什么1/8的單位傳輸時間，總之就是USB1.1的頻率是12MHz,而USB2.0那么到達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?nèi)缃褡顡屖值腃PU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，但假設(shè)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To

11、ken(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)一同加起來的速度就比USB1.1快了40倍，也就是480Mbit/s。USB2.0的另一個艱苦的技術(shù)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的傳輸速度來進展數(shù)據(jù)傳輸，由于USB2.0完全兼容USB1.1，因此，作為USB2.0的HUB，第一個義務(wù)就是要區(qū)分所插入的USB設(shè)備詳細是USB1.1還是USB2.0，然后再進一步分配帶寬，假設(shè)運用的是USB1.1,那么要將USB2.0的480Mbit/s轉(zhuǎn)換成USB1.1的12Mbit/s,而運用的是USB2.0的

12、設(shè)備將無須任何改動，直接進展數(shù)據(jù)交換。但作為HUB，經(jīng)常會遇到多個設(shè)備一同運用的，假設(shè)一個HUB同時插入了USB1.1和USB2.0的設(shè)備，那么它將必需根據(jù)這些設(shè)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(fù)雜非常多，包括控制芯片和驅(qū)動都一樣，他們必需向一切的USB設(shè)備提供高速穩(wěn)定可靠和容錯性強的環(huán)境，義務(wù)意的繁重！USB線材USB2.0的傳輸速度較之前的USB1.1提升了40倍的暴速，但其實際卻不需求對電纜做任何修正，兩者完全一樣，讓人有點疑心，如此高的速率，運用舊的電纜真的沒問題嗎？由于傳輸

13、速度高了這么多倍，相互間的電磁干擾也必將大很多，這些問題都得到處理了嗎？實踐上可以說不的，但也不能完全否認，曾經(jīng)有人用USB1.1的設(shè)備插在USB2.0的口上，結(jié)果被誤以為是USB2.0，并以480Mbit/s的傳輸速度向它傳輸數(shù)據(jù)，呵斥端子的堵塞而令到其他設(shè)備無法運用，而最后檢查出來的問題竟是質(zhì)量不佳的數(shù)據(jù)線問題，為此，質(zhì)量不佳的USB電纜在USB1.1上或答應(yīng)以運用，而在USB2.0上將會發(fā)生錯誤，以致無法運用。類型導(dǎo)體絕緣地線外屏蔽護套Max.Resistance of Conductor(/km20)(20時最大導(dǎo)體電阻)AWGNo.No./mmNo.ThicknessDia.No./

14、mmAl-MylarSpiral/BraidNo.ThicknessDia.USB2.02827/0.1270.160.70 7/0.127Y165/0.1270.644.10 2232827/0.1270.260.90 2827/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.644.40 2232627/0.160.261.0 13928217/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.644.70 22324211/0.160.261.15 88.92827/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.645.0 2232227/

15、0.160.261.28 57.52827/0.1270.260.90 7/0.127Y165/0.120.645.30 22320226/0.160.261.46 346額定電壓:30V額定溫度：60802820AWG鍍錫銅絞合導(dǎo)體HDPE、PVC或發(fā)泡PE絕緣鍍錫銅紡織屏蔽PVC護套參照規(guī)范：UL444、UL13、UL1581&USB2.0Specification差分阻抗at 20(TDR):9015%共模阻防at 20 (TDR):3030%單端延遲差：100ps(TDR)衰減()max頻率(MHz)0.0640.2560.5120.7721.000 4.000 8.000 1

16、2.000 24.000 48.000 96.000 200.000 400.000 衰減0.080.110.130.150.20.390.570.670.951.351.90 3.20 5.80 (dB/CABLE)簡單斷定USB線材好壞 1.看外觀USB線纜應(yīng)該有一定的完成外徑，而且整根線的粗細都是一致的，線的護套資料要有彈性，能接受合理范圍內(nèi)的彎曲和拉伸，沒有老化干裂或“起泡的景象。護套上面的標識應(yīng)非常明晰詳細，印有該線的各項技術(shù)目的參數(shù)、符合的平安規(guī)范等，大廠的線材還會有本人公司或品牌的標識。 2.認證安規(guī)好的線材都會經(jīng)過各項質(zhì)量及平安認證，最常見的是UL認證，即保險商實驗所Under

17、writer Laboratories Inc.。UL的效力不僅根據(jù)美國UL規(guī)范，也根據(jù)加拿大規(guī)范CSA，由此，UL標志也分為用于UL產(chǎn)品和CSA產(chǎn)品以及兩者都滿足三種。需求留意的是，某一廠商的名字在UL的產(chǎn)品目錄上出現(xiàn)，并不表示該廠商的所在產(chǎn)品都是經(jīng)過了UL認可的，只需那些帶有UL標志的產(chǎn)品才干以為是在UL跟蹤檢驗效力下消費的產(chǎn)品；另外常見的還有國內(nèi)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(shù)目的，這些參數(shù)在一定程度上反映了該線的性能和質(zhì)量，所以我們有必要了解、讀懂這些參數(shù)。如圖為截取自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)

18、界對線徑的粗細是以號數(shù)“AWG No.來表示的，如24AWG、26AWG等等。“AWG這個單位置信大家在其它線纜產(chǎn)品中也經(jīng)常會碰到，不過大家又能否知道它的表表示義呢？其實AWGAmerican Wire Gauge是美制電線規(guī)范的簡稱，AWG值是導(dǎo)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，反之那么線徑越細，耐電流量越小。例如說，12號的耐電流量是20安培，最大接受功率是2200瓦，而18號線的耐電流量那么是7安培，最大接受功率是770瓦。為什么AWG號數(shù)越小直徑反而越大？如這么解釋他就會明白：固定的截面積下能塞一樣的AWG線的數(shù)量，如AWG11

19、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。銜接器知識 1.按作業(yè)方式分為焊線式及插pin式焊線式USB A插pin式 USB AUSB BUSB A+A 銜接電腦與外設(shè)USB A+B 銜接電腦與外設(shè)USB A+FEMALE USB延伸線USB網(wǎng)絡(luò)適配電纜，雙機對拷線最大的傳輸速率達6Mbps具有熱插拔的功能和遠程喚醒的功能 傳輸線的長度為2米。六：USB Cable消費時重點事項生產(chǎn)過程影響電氣特性生產(chǎn)注意事項導(dǎo)體(大小)(1)導(dǎo)體阻抗公差范圍內(nèi)控制導(dǎo)體絞距(1)呈電感懷或電容性公差范圍內(nèi)控制絕緣材質(zhì)(1)電氣特性

20、(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(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)(1)共模阻抗(2)特性阻抗按設(shè)計結(jié)構(gòu)編織(1)電磁波(EMI)干擾(2)衰減按設(shè)計結(jié)構(gòu)填充(1)特性阻抗按設(shè)計結(jié)構(gòu)鋁箔麥拉或透明麥拉(1)EMI(2)共模阻抗按設(shè)計結(jié)構(gòu)說明（結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)內(nèi)之填充材料不同會影響特性阻抗消費與電氣特性相關(guān)論特性要求USB Raw Cable備注1.0版1.1版2.0版特性阻抗(信號對)9015%9015%9015%1.0版用網(wǎng)絡(luò)分析儀量

21、測頻率1-16MHZ,1.1及2.0版用時域反射分析儀量測衰減量（信號對）（小于）頻率MHZdB/305MdB/cabledB/cable網(wǎng)絡(luò)分析儀量測（NA）0.0644.80.080.080.2566.70.110.110.5128.20.130.130.7729.40.150.151.000 12.0 0.20 0.20 4.000 24.0 0.390.398.000 35.0 0.570.5710.00 38.0 -16.00 48.0 -12.00 -0.670.6724.00 -0.950.9548.00 -1.351.3596.00 -1.90 1.90 200 -3.2400 -5.8七：USB Cable各種特性表(接續(xù)下頁表)七：USB Cable各種特性表(接續(xù)上頁表)延遲（小于）30nsFull speed:26nsLow speed:18nsHigh/Fullspeed:26nsLow speed:18ns1.0版用NA1.1及2.0版用TDR延遲差（小于）65.6psFull speed only 400ps/cableHigh/Fullspeed only 100