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답변
제안한 순서대로 질문에 답변 해 드리겠습니다 (번호 매기기 도움이 될 수 있습니다).
실제로 전선이 4 개 있습니다 (현재 USB3.x는 무시 됨). 2 개는 전원용 (+ 5V 및 GND)이고 2 개는 신호용 (D + 및 D-)입니다.
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신호선에 대해 주목해야 할 핵심 사항은 이름입니다. + 및-(때로는 P와 N 또는 P와 M도 있습니다). 일반적으로 전자 기기에서 무언가가 차동임을 나타냅니다. 즉, 1 “과 0″은 각 케이블 사이의 전압 극성 으로 표시됩니다. 이는 1 “과 0″이 하나의 케이블로 전달되는 단일 종단과 반대입니다. GND를 기준으로 한 전압입니다.
극성이 무엇을 의미합니까? D + 케이블이 \ $ + 3.3 \ m까지 구동된다고 상상해보십시오. athrm {V} \ $이고 D-는 \ $ 0 \ mathrm {V} \ $로 이동합니다. 둘의 차이는 \ $ V_ {D +}-V_ {D-} = 3.3-0 = 3.3 \ mathrm {V} \ $입니다. 이제 대신 D + 케이블이 \ $ 0 \ mathrm {V} \ $에 연결되고 D-가 \ $ + 3.3 \ mathrm {V} \ $에 연결되면 차이는 \ $ V_ {D +}-V_ {D-가됩니다. } = 0-3.3 = -3.3 \ mathrm {V} \ $. 반대 극성을 나타내는 마이너스 기호를 확인하세요.
이게 작동하려면 두 데이터 케이블이 데이터를 전송하기 위해 서로 보완되어야합니다 (하나가 높을 때 다른 케이블이 낮음). 동일한 주파수에서 작동해야합니다. 귀찮은 이유를 생각할 수 있습니다. 하나의 케이블 만 사용하십시오. 문제는 세상이 다소 시끄러운 곳입니다. 단일 종단 (공통 모드) 와이어는 데이터를 손상시킬 수있는 (가혹한 환경에서 저 속에서도) 고속에서 (1을 0으로) 노이즈에 매우 취약합니다. 차동 신호에서는 두 케이블이 동일한 노이즈에 노출되므로 상쇄됩니다!
빠른 예입니다. 보내는 신호가 \ $ 2 \ mathrm {V} \ $ 또는 \ $ 0 \ mathrm {V} \ $라고 가정 해보세요. 또한 각 와이어에서 \ $ 1 \ mathrm {V} \ $ 노이즈가 발생한다고 가정 해 보겠습니다 (비현실적이지만 예). 단일 종단의 경우 수신기의 신호는 분명히 논리 1 인 \ $ 2 + 1 = 3 \ mathrm {V} \ $ 또는 \ $ 0 + 1 = 1 \ mathrm {V} \ $이됩니다. 그것이 무엇인지 전혀 모른다. 그러나 차동의 경우 수신기의 신호는 \ $ (2 + 1)-(0 + 1) = 2 \ mathrm {V} \ $ 또는 \ $ (0 + 1)-(2 + 1) =-입니다. 2 \ mathrm {V} \ $ 둘 다 노이즈가 전혀없는 것과 같습니다!
두 개의 와이어를 사용하면 다른 이점이 있습니다. 데이터를 보내지 않을 때 USB 사양은 제어 신호에 대해 독립적으로 두 개의 와이어를 사용합니다. 동기화 신호, 재설정 명령 등. 이러한 것들은 아마도 너무 깊이있는 다양한 트릭으로 데이터 패킷과 명확하게 구별 될 수 있습니다 (모든 것은 주석에 언급 된 USB 사양에 있습니다).
USB에서는 두 장치가 동일한 주파수 여야합니다. 이것은 일반적으로 12MHz의 배수입니다. 따라서 USB 장치가 48MHz 또는 12MHz 등과 같은 클록 주파수에서 작동하는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 주파수는 일반적으로 약 20ppm (12MHz 크리스탈의 경우 240Hz)까지 정확한 크리스탈 참조에 의해 생성됩니다. ). 이것은 일반적으로 데이터 라인의 동기화 펄스와 데이터가 버스트로 전송된다는 사실 (주파수 드리프트가 오랜 시간에 걸쳐 합산되지 않음)으로 인해 두 장치가 동기화 상태를 유지할 수있을만큼 충분히 가깝습니다. 예를 들어 16MHz 크리스털을 실수로 사용하면 장치가 열거되지 않을 수 있습니다.
마스터는 장치에 전원이 필요한지 어떻게 알 수 있습니까? 간단합니다. 모든 USB 장치는 요청하지 않고 전류의 양-내가 기억하는 한 최대 \ $ 100 \ mathrm {mA} \ $. 이것은 장치에 전원을 켤 수있는 충분한 전력을 제공하고 장치의 존재를 주장합니다 (D + 라인의 풀업 저항을 사용하여-다시). 마스터가 장치를 인식하면 해당 장치에 전력 허용량을 할당하고 더 필요한지 묻습니다 (예 : 고전력 장치의 경우 \ $ 500 \ mathrm {mA} \ $ 높은 전류 허용치).
USB 프로토콜은 모두 사양에 포함되어 있습니다. 다시 시도하는 것은 여전히 너무 심도있을 수 있습니다.그러나 몇 가지 세부 정보를 제공하는 다른 질문에 대한 이 답변을 확인하고 싶을 수도 있습니다.
답변
USB 1.x (1.5Mbit / s 및 12Mbit / s) 및 2.0 (480Mbit / s)은 V \ $ _ {BUS} \ $ ( +5), D +, D- 및 GND. D +와 D-는 차동 쌍을 형성합니다. 또한 OTG (On-The-Go)라는 확장 기능이있어 장치가 USB 호스트 또는 장치로 작동 할 수 있으며 이는 무시할 수있는 다섯 번째 ID 리드를 사용합니다.
각 호스트와 장치의 최대 속도가 다르면 협상이 이루어지며 양쪽에 공통된 최고 속도가 사용됩니다.
차등 신호는 높은 수준의 노이즈 내성. 데이터 신호는 D + 라인에서 양수로, D- 라인에서 음수로 전송됩니다. 수신 측에서 플러스 리드는 비교기의 + 리드 (감산기 역할)로 전송되고 마이너스 리드는 비교기의-리드로 전송됩니다.
유효한 펄스의 경우이 두 개가 추가됩니다 (음의 진행 펄스가 -비교기의 리드, 그들은 추가합니다). 그러나 라인에 노이즈가 발생하면 일반적으로 D + 및 D- 라인에 모두 동일하게 영향을 미치며 비교기는 이들을 제거합니다.
다이어그램은 데이터가 한 방향으로 만 이동하는 것을 보여줍니다. 이는 USB 신호가 반이중이기 때문에 데이터는 한 번에 한 방향으로 만 전달됩니다.
USB 3.0 (최대 10Gbit / s)은 4 개가 아닌 9 개의 와이어를 사용하며 전이중 작동을 제공합니다. 전송 및 수신을위한 차동 쌍이 있습니다.
장치는 “요청”하지 않고도 최대 100mA를 끌어 올 수 있습니다. USB 1.x 및 2.0의 경우 장치는 호스트에 최대 500mA를 공급하도록 요청할 수 있습니다. USB 3.0의 경우 900mA로 증가되었습니다. 배터리 충전에 사용되는 별도의 프로토콜이 있습니다 (데이터 교환 없음). 경우에 따라 최대 5A까지 올라갈 수 있습니다.
댓글
답변
USB는 차동 신호를 사용하여 간섭을 줄이고 장거리 고속 전송을 허용합니다. 차동 버스는 전송 된 데이터를 나타내는 두 개의 와이어로 구성됩니다. 하나는 전송 된 데이터를 나타내고 다른 하나는 보완됩니다. 아이디어는 와이어의 “평균”전압이 정보를 전달하지 않아 간섭이 적다는 것입니다. 버스 (USB, 이더넷, PCIe, SATA 등)는 추가 배선 비용이 노이즈 감소의 이점보다 훨씬 크기 때문에 차등 적입니다. USB 2는 “반이중”이라고도합니다. 즉, 링크 만 가능함을 의미합니다. 주어진 순간에 한 방향으로 작동합니다. 예를 들어 컴퓨터가 마우스로 메시지를 보낼 수 있습니다. 또는 마우스가 컴퓨터에 메시지를 보낼 수 있습니다.하지만 동시에 둘다는 아닙니다. 버스는 각각 “회전”해야합니다. 시간 데이터는 다른 방향으로 전송되어야합니다.
클러킹에 관한 한 USB는 직렬 변환기 및 역 직렬 변환기라는 장치를 활용합니다. 직렬 변환기는 전송 끝에서 직렬 데이터를 생성하고 직렬 변환기는 직렬 데이터를 생성합니다. 다른 en의 비트 복구를 담당합니다. 디. serializer의 작업 중 일부는 프레이밍 및 동기화 정보를 포함하여 쉽게 디코딩 할 수있는 방식으로 데이터를 인코딩하는 것입니다. 디시리얼라이저의 작업 중 일부는 클럭 신호를 복구하는 것입니다. USB는 NRZI 또는 non-return-to-zero inverted라는 인코딩을 사용합니다. NRZI에서 논리 0은 전이로 표시되고 논리 1은 전이 없음으로 표시됩니다. USB는 비트 스터핑을 사용하여 와이어를 통해 전송되는 연속적인 1의 길이를 제한합니다. 그 결과 송신기와 수신기의 클럭이 정확히 동일한 속도로 틱하지 않더라도 모든 비트를 복구 할 수있을만큼 자주 전환이 발생합니다. 하지만 상대적으로 가까워 야합니다. 데이터와 함께 전송되는 명시 적 동기화 시퀀스도 있습니다.
전원에 관한 한 장치는 호스트에게 묻지 않고 일정량의 전원을 끌어 올 수 있습니다. 그 이상을 그리려면 호스트가 과부하되지 않도록 협상해야합니다. 장치는 더 많은 전류를 끌어 오기 전에 권한을 얻을 때까지 기다려야합니다.