六、USB速度
USB 规范已经为 USB 系统定义了以下四种速度模式： 低速（Low-Speed） 、全速（Full-Speed） 、高速（Hi-Speed）和超高速（SuperSpeed） 。 目前，赛普拉斯对 PsoC 器件系列仅支持全速模式，另外对于各种专用 USB 设备则支持低速、高速和超高速等模式。

新型主机一直能同低速设备进行通信。例如，高速主机能够与低速设备进行通信，但全速主机并不能同高速设备进行通信。

低速、全速和高速设备的速率分别为 1.5 Mb/s、 12 Mb/s 和 480 Mb/s。但是，这些指的是总线速率，并不是数据速率。 实际的数据速率受总线加载速度、传输类型、开销、操作系统等因素的影响。数据传输则受以下内容的限制：

• 低速设备
  例如：键盘、鼠标和游戏等外设
  总线速率： 1.5 Mb/s
  最大的有效数据速率： 800 B/s
• 全速设备
  例如：手机、音频设备和压缩视频
  总线速率： 12 Mb/s
  最大的有效数据速率： 1.2 MB/s
• 高速设备
  例如：视频、影像和存储设备
  总线速率： 480 Mb/s
  最大的有效数据速率： 53 MB/s

建立好了 USB 设备和主机间的连接后，需要使用 D+或 D-信号线上的上拉电阻来检测设备的速度。 D+信号线上的 1.5kΩ 大小的上拉电阻表示所连接的是一个全速设备， D-线上 1.5 kΩ 大小的上拉电阻表示所连接的是一个低速设备，如图所示。

USB 2.0 设备经常被误解为高速 USB 设备。所有高速设备都符合 USB 2.0 规范，这是因为 USB 2.0 规范支持高速模式。 USB 2.0 规范还包含了全速和低速设备。

这些速度也影响到有关位时间的 USB 信号（如数据包结束（EOP）信号）。低速和全速 USB 设备使用了频率为48 MHz 的时钟执行 SIE 操作，并执行使用其他时钟源的 USB 操作。该 48 MHz 时钟和总线速度决定了 USB 位时间：

• 全速： 时钟频率/总线速度 = 48 MHz / 12 Mb/s 时， USB 位时间为 4 个时钟周期。
• 全速： 时钟频率/总线速度 = 48 MHz / 1.5 Mb/s 时， USB 位时间为 4 个时钟周期。

七、USB电源

作为 USB 电源时，USB 设备可被划分为两种设备类型：总线供电和自供电。

总线供电是 USB 设计的一个优势。由于设备通过总线供电，因此不需要使用笨重的内部或外部电源，它仍能够维持自身操作。总线可由主机或集线器供电。使用某个总线供电的设备时，用户将设备配置为某种状态前必须考虑其功耗。即设备枚举完成后，必须在第一次将设备连接到总线到主机将 SET_CONFIGURATION 命令传输给设备的这段时间内检查其功耗。设备被配置前不能消耗超过 100 mA 的电流（即 USB 规范中为低速、全速或高速设备定义为一个负载单位）。在配置过程中，设备要求一个预算功耗。总线供电的设备共有以下两种：高功耗和低功耗设备。低功耗设备最多消耗 100 mA 的电流，高功耗设备最多消耗 500 mA 的电流。消耗的电流超过 500 mA 的设备要自供电。

自供电设备通过使用外部电源（如直流电源适配器或电池）为自己供电。自供电设备在进行设计的过程中需要考虑到一些注意事项。USB 规范要求自供电设备一直监控自己的 VBUS线。VBUS不存在的时间内，设备必须断开提供给 D+/D-线上的上拉电阻的电源，从而防止向主机或集线器供电。 否则，会导致 USB 合规性测试发生失败。但是自供电集线器能够从总线获得最多 100 mA 的电流。

设备还能结合两种电源模式，并成为一个总线供电和自供电的设备。常见的例子是设备使用电池。设备通常是自供电的；但使用 VBUS 给电池充电，并且在电池电量发生变化时给设备供电。在技术方面，该设备是一个自供电设备，如USB 描述符中显示，但该设备仍要求来自主机的预算电源。同自供电设备相似，这些混合设计中仍需要监控 VBUS 大小，并且仍会断开提供给 D+/D-线上的上拉电阻的电源。在本应用中，需要实现一部分电源管理系统类型，以监控电池的电压、充电状态，并控制电池电源和外部电源间的切换。

此外，无论设备的供电方式如何，所有 USB 设备都必须考虑到它们的暂停电流。设备的暂停电流是指在主机处于挂起模式（又称待机模式）时由 VBUS 提供的电流。如果总线在 3 ms 时间内没有进行任意操作，设备会进入挂起模式。即使没有进行任意数据传输操作，主机仍会发出“帧开始”（SOF）令牌，以防止设备进入挂起模式。但低速设备却没有 SOF 数据包，因此这种设备是一个例外。总线上不进行低速数据的传输时，低速设备每经过 1 m 都会发送“数据包结束”（EOP）信号，将其作为“保持活动”信号。总线休闲时，设备必须进入挂起模式，并消耗不大于 2.5 mA 的电流。为满足该要求，设计师必须保证设备进入挂起状态前已经关闭了各个 LED 和其他电源库。一旦检测到总线上发生任何操作，USB 设备都会退出挂起状态。如果设备具有远程唤醒功能，它可以向主机发送恢复请求，然后等待主机确认该请求，而不是等待主机进行恢复。

设计师需要了解各种同 USB 电源相对应的 USB 状态。这些状态通常出现在 USB 文档中，并适用于 USB 设备的枚举操作。

• 连接状态：当将某个设备插入到主机/集线器，但主机/集线器不给 VBUS线供电时，会出现这种状态。它通常在集线器检测到一个过流事件时出现。虽然仍连接着设备，但主机移除了供给它的电源。
• 供电：某个设备被连接到 USB 上并得到供电，但仍未接收到一个复位请求。
• 默认：某个设备被连接到 USB 上、得到供电，并且由主机进行了复位。这时，设备没有任何设备地址。设备会响应地址 0。
• 地址：某个设备被连接到 USB、得到供电、被复位，并且有一个唯一的地址。但是设备仍未得到配置。
• 配置：设备已经连接到 USB、得到供电、被复位、具有唯一的地址、得到配置，但尚未进入挂起状态。此时，总线供电设备能够消耗超过 100 mA 的电流。
• 挂起：如上面所述，设备已经建立好了连接，并且得到配置，但在 3 ms 时间内不会进行任意总线操作。

USB 规范具有一个框图，描述了这些电源模式的相关性和切换性。

对于低速、全速和高速 USB 设备，USB 的功耗会以 2 mA 的单位进行枚举。例如，需要消耗 100 mA 电流的全速设备在进行枚举时将发送数值 50。

开发 USB 设计时，请考虑您的设备消耗总线的电流。根集线器由主机 PC 的电源供电。如果主机被连接到交流电源上，则 USB 规范要求主机为集线器上的每一个端口提供 500 mA 的电流。这样能将总线供电设备上的电流消耗限制在500 mA。如果主机 PC 由电池供电，它可以为集线器上的每一端口提供 100 mA 或 500 mA 的电流。将设备插入到总线供电的集线器时，该设备必须是低功耗设备，并且消耗电流不能超过 100 mA。总线供电的集线器共有 500 mA 的电流可供给所有所连接的设备使用。

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