什么是USB？USB接口的组成 USB协议仿真

什么是USB

USB（Universal Serial Bus）通用串行总线，是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。最新一代是USB4，传输速度为40Gbit/s，三段式电压5V/12V/20V，最大供电100W ，新型Type C接口允许正反盲插。

USB的发展史

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USB 1.0

USB 1.0是在1996年出现的，速度只有1.5Mb/s(位每秒)；1998年升级为USB 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，在部分旧设备上还能看到这种标准的接口。USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mbps，低速方式的传输速率为1.5Mbps。

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USB 2.0

USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps，折算为MB为60MB/s，足以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0中的“增强主机控制器接口”（EHCI）定义了一个与USB 1.1相兼容的架构。它可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。也就是说，所有支持USB 1.1的设备都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像USB 线、插头等等附件也都可以直接使用。

使用USB为打印机应用带来的变化则是速度的大幅度提升，USB接口提供了12Mbps的连接速度，相比并口速度提高达到10倍以上，在这个速度之下打印文件传输时间大大缩减。USB 2.0标准进一步将接口速度提高到480Mbps，是普通USB速度的20倍，更大幅度降低了打印文件的传输时间。

03

USB 3.0

由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0Promoter Group宣布，该组织负责制定的新一代USB 3.0标准已经正式完成并公开发布。USB 3.0的理论速度为5.0Gb/s，其实只能达到理论值的5成，那也是接近于USB 2.0的10倍了。USB3.0的物理层采用8b/10b编码方式，这样算下来的理论速度也就4Gb/s，实际速度还要扣除协议开销，在4Gb/s基础上要再少点。可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。

USB 3.0在实际设备应用中将被称为“USB SuperSpeed”，顺应此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。支持新规范的商用控制器在2009年下半年面世，消费级产品已经上市。

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USB 4.0

USB4.0 规范由 USB 实施者论坛于 2019 年 8 月 29 日发布。USB4 基于Thunderbolt 3协议。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接口的组成

USB 接口由电缆、连接器和协议组成。

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电缆：USB 电缆是一根用于传输数据和供电的线缆，通常采用双绞线结构。USB2.0及之前的标准使用4根导线，分别是两根用于数据传输的数据线(D+和D-)，一根用于供电的 VCC 线，一根用于地线的GNDUSB3.0及之后的标准引入了多根用于数据传输的超高速差分传输线。

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连接器: USB 连接器有多种类型，分别用于不同的设备。常见的连接器有标准型A型和B型，小型型A型和B型，迷你型A型和B型等USB 连接器的设计兼容性强，可以插入任意方向而无需区分正反面。

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协议: USB 协议规定了数据传输的格式和顺序。USB 传输使用基于主机一设备模式的异步通信方式，主机在需要的时候发起数据传输请求设备响应并传输数据。USB 协议支持多种传输模式，包括控制传输、批量传输、中断传输和等时传输。

USB优点

USB设备主要具有以下优点：

可以热插拔

用户在使用外接设备时，不需要关机再开机等动作，而是在电脑工作时，直接将USB 插上使用。

携带方便

USB 设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说随身携带大量数据时，很方便。当然USB硬盘是首要之选了。

标准统一

大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB 之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了USB 硬盘、USB鼠标、USB打印机等等。

可以连接多个设备

USB 在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有四个端口的USB HUB 时，就可以再连上四个USB设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台个人电脑上而不会有任何问题(注:最高可连接至127个设备）。

SIDesigner仿真演示

下面以USB信号SerDes传输为例，演示巨霖工具SIDesigner。

搭建的原理图如下：

设置参数，查看仿真输出结果:

SIDesigner提供了很便捷的测量方式，例如可以看眼高眼宽等：

审核编辑：刘清