什么是USB？USB接口的組成 USB協議仿真

什么是USB

USB（Universal Serial Bus）通用串行總線，是一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術規范，被廣泛地應用于個人電腦和移動設備等信息通訊產品，并擴展至攝影器材、數字電視（機頂盒）、游戲機等其它相關領域。最新一代是USB4，傳輸速度為40Gbit/s，三段式電壓5V/12V/20V，最大供電100W ，新型Type C接口允許正反盲插。

USB的發展史

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USB 1.0

USB 1.0是在1996年出現的，速度只有1.5Mb/s(位每秒)；1998年升級為USB 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，在部分舊設備上還能看到這種標準的接口。USB1.1是較為普遍的USB規范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps。

02

USB 2.0

USB2.0規范是由USB1.1規范演變而來的。它的傳輸速率達到了480Mbps，折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數外設的速率要求。USB 2.0中的“增強主機控制器接口”（EHCI）定義了一個與USB 1.1相兼容的架構。它可以用USB 2.0的驅動程序驅動USB 1.1設備。也就是說，所有支持USB 1.1的設備都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必擔心兼容性問題，而且像USB 線、插頭等等附件也都可以直接使用。

使用USB為打印機應用帶來的變化則是速度的大幅度提升，USB接口提供了12Mbps的連接速度，相比并口速度提高達到10倍以上，在這個速度之下打印文件傳輸時間大大縮減。USB 2.0標準進一步將接口速度提高到480Mbps，是普通USB速度的20倍，更大幅度降低了打印文件的傳輸時間。

03

USB 3.0

由Intel、微軟、惠普、德州儀器、NEC、ST-NXP等業界巨頭組成的USB 3.0Promoter Group宣布，該組織負責制定的新一代USB 3.0標準已經正式完成并公開發布。USB 3.0的理論速度為5.0Gb/s，其實只能達到理論值的5成，那也是接近于USB 2.0的10倍了。USB3.0的物理層采用8b/10b編碼方式，這樣算下來的理論速度也就4Gb/s，實際速度還要扣除協議開銷，在4Gb/s基礎上要再少點?？蓮V泛用于PC外圍設備和消費電子產品。

USB 3.0在實際設備應用中將被稱為“USB SuperSpeed”，順應此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。支持新規范的商用控制器在2009年下半年面世，消費級產品已經上市。

04

USB 4.0

USB4.0規范由 USB 實施者論壇于 2019 年 8 月 29 日發布。USB4 基于Thunderbolt 3協議。它支持 40 Gbit/s 吞吐量，兼容 Thunderbolt 3，并向后兼容 USB 3.2 和 USB 2.0。

USB接口的組成

USB 接口由電纜、連接器和協議組成。

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電纜：USB 電纜是一根用于傳輸數據和供電的線纜，通常采用雙絞線結構。USB2.0及之前的標準使用4根導線，分別是兩根用于數據傳輸的數據線(D+和D-)，一根用于供電的 VCC 線，一根用于地線的GNDUSB3.0及之后的標準引入了多根用于數據傳輸的超高速差分傳輸線。

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連接器:USB 連接器有多種類型，分別用于不同的設備。常見的連接器有標準型A型和B型，小型型A型和B型，迷你型A型和B型等USB 連接器的設計兼容性強，可以插入任意方向而無需區分正反面。

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協議:USB 協議規定了數據傳輸的格式和順序。USB 傳輸使用基于主機一設備模式的異步通信方式，主機在需要的時候發起數據傳輸請求設備響應并傳輸數據。USB 協議支持多種傳輸模式，包括控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和等時傳輸。

USB優點

USB設備主要具有以下優點：

可以熱插拔

用戶在使用外接設備時，不需要關機再開機等動作，而是在電腦工作時，直接將USB 插上使用。

攜帶方便

USB 設備大多以“小、輕、薄”見長，對用戶來說隨身攜帶大量數據時，很方便。當然USB硬盤是首要之選了。

標準統一

大家常見的是IDE接口的硬盤，串口的鼠標鍵盤，并口的打印機掃描儀，可是有了USB 之后，這些應用外設統統可以用同樣的標準與個人電腦連接，這時就有了USB 硬盤、USB鼠標、USB打印機等等。

可以連接多個設備

USB 在個人電腦上往往具有多個接口，可以同時連接幾個設備，如果接上一個有四個端口的USB HUB 時，就可以再連上四個USB設備，以此類推，盡可以連下去，將你家的設備都同時連在一臺個人電腦上而不會有任何問題(注:最高可連接至127個設備）。

SIDesigner仿真演示

下面以USB信號SerDes傳輸為例，演示巨霖工具SIDesigner。

搭建的原理圖如下：

設置參數，查看仿真輸出結果:

SIDesigner提供了很便捷的測量方式，例如可以看眼高眼寬等：

審核編輯：劉清