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USB 全速/高速設(shè)備識別信號分析
以下的內(nèi)容轉(zhuǎn)載自USB chirp信號測試，在這篇文章中詳細(xì)的解釋了USB高速設(shè)備的握手過程，以及通過分析D+和D-上面的波形來進(jìn)行說明。很贊的一篇文章。
一、Chirp K J信號說明
USB Chirp信號分為K信號和J信號。根據(jù)USB速率將Chirp信號做如下區(qū)別：
二、USB全速高速識別過程分析
根據(jù)規(guī)范，全速（Full Speed）和低速（Low Speed）很好區(qū)分。因?yàn)樵谠O(shè)備端有一個(gè)1.5k的上拉電阻，當(dāng)設(shè)備插入hub或上電（固定線纜的USB設(shè)備）時(shí)，有上拉電阻的那根數(shù)據(jù)線就會被拉高，hub根據(jù)D+/D-上的電平判斷所掛載的是全速設(shè)備還是低速設(shè)備。
USB全速/低速識別相當(dāng)簡單，因?yàn)閁SB1.x就一對數(shù)據(jù)線，在USB2.0不能像全速/低速那樣僅依靠數(shù)據(jù)線上拉電阻位置就能識別USB第三種速度——高速。因此對于高速設(shè)備的識別就顯得稍微復(fù)雜些。
高速設(shè)備初始是以一個(gè)全速設(shè)備的身份出現(xiàn)的，即和全速設(shè)備一樣，D+線上有一個(gè)1.5k的上拉電阻。USB2.0的hub把它當(dāng)作一個(gè)全速設(shè)備，之后，hub和設(shè)備通過一系列握手信號確認(rèn)雙方的身份。在這里對速度的檢測是雙向的，比如高速的hub需要檢測所掛上來的設(shè)備是高速、全速還是低速，高速的設(shè)備需要檢測所連上的hub是USB2.0的還是1.x的，如果是前者，就進(jìn)行一系列動(dòng)作切到高速模式工作，如果是后者，就以全速模式工作。
hub檢測到有設(shè)備插入/上電時(shí)，向主機(jī)通報(bào)，主機(jī)發(fā)送Set_Port_Feature請求讓hub復(fù)位新插入的設(shè)備。設(shè)備復(fù)位操作是hub通過驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線到復(fù)位狀態(tài)SE0(Single-ended 0，即D+和D-全為低電平)，并持續(xù)至少10ms。
高速設(shè)備看到復(fù)位信號后，通過內(nèi)部的電流源向D-線持續(xù)灌大小為17.78mA電流。因?yàn)榇藭r(shí)高速設(shè)備的1.5k上拉電阻還未撤銷，在hub端，全速/低速驅(qū)動(dòng)器形成一個(gè)阻抗為45歐姆(Ohm)的終端電阻，2電阻并聯(lián)后仍是45歐姆左右的阻抗，所以在hub端看到一個(gè)約800mV的電壓（45歐姆*17.78mA），這就是Chirp K信號。Chirp K信號的持續(xù)時(shí)間是1ms~7ms。
在hub端，雖然下達(dá)了復(fù)位信號，并一直驅(qū)動(dòng)著SE0，但USB2.0的高速接收器一直在檢測Chirp K(D+位0，D-為1)信號，如果沒有看到Chirp K信號，就繼續(xù)復(fù)位操作,直到復(fù)位結(jié)束，之后就在全速模式下操作。如果只是一個(gè)全速的hub，不支持高速操作，那么該hub不理會設(shè)備發(fā)送的Chirp K信號，之后設(shè)備也不會切換到高速模式。
設(shè)備發(fā)送的Chirp K信號結(jié)束后100us內(nèi)，hub必須開始回復(fù)一連串的KJKJKJ….序列，向設(shè)備表明這是一個(gè)USB2.0的hub。這里的KJ序列是連續(xù)的，中間不能間斷，而且每個(gè)K或J的持續(xù)時(shí)間在40us~60us之間。KJ序列停止后的100~500us內(nèi)結(jié)束復(fù)位操作。hub發(fā)送Chirp KJ序列的方式和設(shè)備一樣，通過電流源向差分?jǐn)?shù)據(jù)線交替灌17.78mA的電流實(shí)現(xiàn)。
再回到設(shè)備端來。設(shè)備檢測到6個(gè)hub發(fā)出的Chirp 信號后（3對KJ序列），它必須在500us內(nèi)切換到高速模式。切換動(dòng)作有：
斷開1.5k的上拉電阻；
連接D+/D-上的高速終端電阻（high-speed termination），實(shí)際上就是全速/低速差分驅(qū)動(dòng)器；
進(jìn)入默認(rèn)的高速狀態(tài)。執(zhí)行1，2兩步后，USB信號線上看到的現(xiàn)象就發(fā)生變化了：hub發(fā)送出來的Chirp KJ序列幅值降到了原先的一半，400mV。這是因?yàn)樵O(shè)備端掛載新的終端電阻后，配上原先hub端的終端電阻，并聯(lián)后的阻抗是22.5歐姆。400mV就是由17.78mA*22.5Ohm得來。以后高速操作的信號幅值就是400mV而不像全速/低速那樣的3V。
至此，高速設(shè)備與USB2.0 hub握手完畢，進(jìn)行后續(xù)的480Mbps高速信號通信。
三、信號測試及判斷注意事項(xiàng)
高速檢測握手協(xié)商是在主機(jī)發(fā)出復(fù)位（reset）信號期間，由設(shè)備發(fā)起的，由主機(jī)響應(yīng)的過程；
主機(jī)使用SE0狀態(tài)reset設(shè)備之后需要使用高速握手協(xié)商（chirp handshake）才可以再次正常通信；
主機(jī)使用全速的idle狀態(tài)suspend設(shè)備之后需要通過resume過程使設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)，這個(gè)過程不需要高速握手協(xié)商；
全速/低速模式時(shí)主機(jī)resume設(shè)備的是通過保持K狀態(tài)20ms；高速下這20ms的K狀態(tài)以轉(zhuǎn)換成SE0狀態(tài)后結(jié)束，然后主機(jī)和設(shè)備在兩次低速位（2 low speed bit times）內(nèi)必須保持在高速終端模式；
DEVICE_REMOTE_WAKEUP feature，該特性用來在設(shè)備被掛起（suspend）后，主機(jī)可以使用resume信號來喚醒設(shè)備。該特性是主機(jī)使用SET_FEATURE和CLEAR_FEATURE請求對進(jìn)行設(shè)置和清除的。
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