10.3 TI 高精度实验室 - USB：什么是嵌入式 USB2.0 (eUSB2)？

大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。

在该系列中，我们将介绍 嵌入式 USB 2.0 eUSB2。

了解 USB 2.0 规范 新补充的 eUSB2 基础知识、

应用场景

以及它与常规 USB 2.0 的区别。

USB 2.0 规范的 嵌入式 USB 2 物理层补充

是为了满足 低压 USB 2.0 PHY

解决方案的 需要而开发的。

随着手机、平板电脑和 笔记本电脑中 SOC 的技术节点

规模越来越小， 支持 3.3V IO

电池变得越来越困难。

USB 2 将信号电平 降至 1.2V 或更低，

并提供增强功能 以优化电源效率。

eUSB2 能够支持 USB 高速、全速和

低速运行， 并且不需要更改

现有的 USB 2.0 软件编程模型。

eUSB2 还使用 相同的两条数据线

配置，为 ED+ 和 ED-，而 USB 2.0

使用 D+ 和 D-。

Vbus 和电力输送 不受 eUSB2 的影响。

eUSB2 有两种主要的操作模式， 即，本机模式和中继器模式，

这里显示的是 主机 SOC 的这两种模式。

在最直接的形式中， eUSB2 可

用于连接同一 电路板上的两个设备，

如主机 SOC 和 设备 SOC 之间的

连接所示。

这称为本机模式。

在该模式中，连接速度

可以设置为预定 速度、高速、全速

或低速，或限制为 支持速度的子集。

虽然本机模式可以

消除 USB 的 3.3V IO 要求，

并允许典型的 互连布线长度为 10

英寸或更长， 但 USB 对许多

工程师的主要吸引力在于 其大量的外部连接器选项、

5 米长的电缆， 以及不存在

大型互操作 生态系统的特性。

本机模式是 专用内部连接，

与外部 USB 端口不兼容。

下面介绍 eUSB2 中继器模式。

任何支持 eUSB2 的 SOC 都可以

与外部 eUSB2 中继器配对，

以保持与主机集线器 和设备的完整 USB

生态系统的互操作性 和向后兼容性。

eUSB2 中继器 可以配置为

主机中继器、 设备中继器，

甚至是基于 SOC 命令交换的

双角色设备中继器。

eUSB2 中继器的 USB 接口

可与任何标准 USB 连接器配对，

并可连接到 USB 主机、集线器、设备，

以及连接到其他 基于 eUSB2 中继器的

应用。

与往常一样，当 USB 2.0 设备 连接到 USB 3.0 主机

或 USB 3.0 设备 连接到 USB 2.0 主机时，

连接速度将为 USB 2.0 速度。

那么，USB 2 中继器是不是一种外部

电平转换中继器，允许 SOC 使用 1.2V 或更低电压的

IO 电池，并放置在 离 USB 连接器

10 英寸或更远的位置？

是的，的确如此。

这是一个典型的 USB 2.0 高速测试数据包，

以及一个 eUSB2 高速测试数据包。

如您所见，USB 和 eUSB 高速测试数据包的

数据内容是相同的。

但是如果您看一下 差分信号振幅，

会发现 eUSB2 数据包的 摆动幅度大约是

USB2.0 数据包的一半。

同样，如果我们看一下 USB 高速眼图和现在的

eUSB2 高速眼图， 您可以看到相似之处。

当使用传统 USB 2.0 近端眼图一致性眼罩观看时，

USB 和 eUSB2 高速信号

在位计时和压摆率方面

具有相同的 眼图张开度。

但 eUSB2 的 差分振幅约为

USB 2.0 的一半。

如果使用游离线将 eUSB2 眼睛上的眼罩一分为二，

会怎么样呢？

这是由于当通过中继器或集线器 发送测试数据包时，

数据包宽度的 较长一端造成的。

当我们讨论一致性时， 我们将更多地讨论这一点，

但这是意料之中的。

如果您想了解有关 眼图的更多信息

以及哪些因素会 影响 USB 眼图，

请查看演示文稿 结尾处的链接

以了解更多信息。

那么，eUSB2 只是电平移位的 USB2.0 信令吗？

不完全是。

在这里，您可以看到 USB 全速数据包的

典型 3.3V 差分信号。

D+ 线和 D- 线 从 0V 到 3.3V 摆动，

形成 USB 差分 J 和 K

状态，单端 0 表示数据包结束。

接下来，我们将看一下 全速模式下 eUSB2 的行为。

在 eUSB2 中， USB 全速的 3.3V

差分信号由 eUSB2 中继器转换为

ED- 上的 1.2V 或 更低的单端信号，

数据包结尾处在 ED+ 上显示为

加号。

83 纳秒的位时间 保持不变。

对于低速设备， USB 的 3.3V 差分信号

反过来被 ED+ 上的低电压

单端信号 取代。

数据包的末尾 显示在 ED- 上。

那么 eUSB2 还有什么新功能呢？

为了能够 在正确模式下

配置 eUSB2 中继器， 处理 USB 2.0 高速握手，

并支持 USB 2.0 低功耗状态，

eUSB2 补充功能 使用带内信令，

以控制消息的形式 从 SOC 发送到

eUSB2 中继器，以保持 USB 和 eUSB2 总线同步

并优化电源。

所有支持 eUSB2 的设备， 例如 SOC 或中继器，

都需要支持 控制消息。

CM.FS 控制 消息用于

启用低功耗状态。

同样，CM.L1 和 CM.L2 用于

支持更低的 功率模式。

CM.Reset 用作 USB 总线 重置，以帮助配置总线

或清除错误。

CM.Test 仅用于 符合模式测试，

特别是眼图。

CM.RAP 用于 直接寄存器访问。

那么最终用户是否能够 判断产品是否正在

使用 eUSB2 呢？

不，不能。

在 USB 生态系统中， eUSB2 中继器

将被视为 USB 2.0 集线器层。

在此处显示的用于 USB 一致性测试的

典型 USB 2.0 互操作性测试树中，

您可以看到 USB 2.0 规范最多支持

五个集线器层， 这些集线器层由

五米长的电缆连接。

该树还连接了 各种不同的集线器和

设备。

连接的设备 混合了

高速、全速 和低速。

它们还支持 同步和异步通信的

混合，以验证系统 互操作性和向后

兼容性。

因此，在 USB2.0 中，最多 可能有五层集线器。

如果您有一个 eUSB2 中继器，它

将算作这些 层之一。

在这里所示的修改后的 互操作性树中，

主机实现了 eUSB2 中继器，该树

只是减少了 一个集线器层。

所有相同的设备速度、 流量和电缆链路

均保持不变。

同样，当运行 USB 2.0 电气一致性测试时，

eUSB2 中继器的作用 类似于集线器，其中的数据包

具有允许的数据包 结束传输位和

每个数据包开头的 丢弃同步位。

总之，USB 2 是一种 用于芯片间互连的

低电压、低功耗 内部接口。

它还可以使用 中继器扩展到常用的

USB 2.0 接口， 对最终用户没有明显影响。

如果对于 eUSB2 或 USB 您有任何问题，

请访问 e2e.ti.com 上的工程师支持波形，

并在界面部分 找到我们的联系信息。

如果您想了解更多 有关眼图的信息，

以及哪些因素会 影响USB 眼图，

请查看我们 TI PL 系列中的其他

演示文稿。

大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。

在该系列中，我们将介绍 嵌入式 USB 2.0 eUSB2。

了解 USB 2.0 规范 新补充的 eUSB2 基础知识、

应用场景

以及它与常规 USB 2.0 的区别。

USB 2.0 规范的 嵌入式 USB 2 物理层补充

是为了满足 低压 USB 2.0 PHY

解决方案的 需要而开发的。

随着手机、平板电脑和 笔记本电脑中 SOC 的技术节点

规模越来越小， 支持 3.3V IO

电池变得越来越困难。

USB 2 将信号电平 降至 1.2V 或更低，

并提供增强功能 以优化电源效率。

eUSB2 能够支持 USB 高速、全速和

低速运行， 并且不需要更改

现有的 USB 2.0 软件编程模型。

eUSB2 还使用 相同的两条数据线

配置，为 ED+ 和 ED-，而 USB 2.0

使用 D+ 和 D-。

Vbus 和电力输送 不受 eUSB2 的影响。

eUSB2 有两种主要的操作模式， 即，本机模式和中继器模式，

这里显示的是 主机 SOC 的这两种模式。

在最直接的形式中， eUSB2 可

用于连接同一 电路板上的两个设备，

如主机 SOC 和 设备 SOC 之间的

连接所示。

这称为本机模式。

在该模式中，连接速度

可以设置为预定 速度、高速、全速

或低速，或限制为 支持速度的子集。

虽然本机模式可以

消除 USB 的 3.3V IO 要求，

并允许典型的 互连布线长度为 10

英寸或更长， 但 USB 对许多

工程师的主要吸引力在于 其大量的外部连接器选项、

5 米长的电缆， 以及不存在

大型互操作 生态系统的特性。

本机模式是 专用内部连接，

与外部 USB 端口不兼容。

下面介绍 eUSB2 中继器模式。

任何支持 eUSB2 的 SOC 都可以

与外部 eUSB2 中继器配对，

以保持与主机集线器 和设备的完整 USB

生态系统的互操作性 和向后兼容性。

eUSB2 中继器 可以配置为

主机中继器、 设备中继器，

甚至是基于 SOC 命令交换的

双角色设备中继器。

eUSB2 中继器的 USB 接口

可与任何标准 USB 连接器配对，

并可连接到 USB 主机、集线器、设备，

以及连接到其他 基于 eUSB2 中继器的

应用。

与往常一样，当 USB 2.0 设备 连接到 USB 3.0 主机

或 USB 3.0 设备 连接到 USB 2.0 主机时，

连接速度将为 USB 2.0 速度。

那么，USB 2 中继器是不是一种外部

电平转换中继器，允许 SOC 使用 1.2V 或更低电压的

IO 电池，并放置在 离 USB 连接器

10 英寸或更远的位置？

是的，的确如此。

这是一个典型的 USB 2.0 高速测试数据包，

以及一个 eUSB2 高速测试数据包。

如您所见，USB 和 eUSB 高速测试数据包的

数据内容是相同的。

但是如果您看一下 差分信号振幅，

会发现 eUSB2 数据包的 摆动幅度大约是

USB2.0 数据包的一半。

同样，如果我们看一下 USB 高速眼图和现在的

eUSB2 高速眼图， 您可以看到相似之处。

当使用传统 USB 2.0 近端眼图一致性眼罩观看时，

USB 和 eUSB2 高速信号

在位计时和压摆率方面

具有相同的 眼图张开度。

但 eUSB2 的 差分振幅约为

USB 2.0 的一半。

如果使用游离线将 eUSB2 眼睛上的眼罩一分为二，

会怎么样呢？

这是由于当通过中继器或集线器 发送测试数据包时，

数据包宽度的 较长一端造成的。

当我们讨论一致性时， 我们将更多地讨论这一点，

但这是意料之中的。

如果您想了解有关 眼图的更多信息

以及哪些因素会 影响 USB 眼图，

请查看演示文稿 结尾处的链接

以了解更多信息。

那么，eUSB2 只是电平移位的 USB2.0 信令吗？

不完全是。

在这里，您可以看到 USB 全速数据包的

典型 3.3V 差分信号。

D+ 线和 D- 线 从 0V 到 3.3V 摆动，

形成 USB 差分 J 和 K

状态，单端 0 表示数据包结束。

接下来，我们将看一下 全速模式下 eUSB2 的行为。

在 eUSB2 中， USB 全速的 3.3V

差分信号由 eUSB2 中继器转换为

ED- 上的 1.2V 或 更低的单端信号，

数据包结尾处在 ED+ 上显示为

加号。

83 纳秒的位时间 保持不变。

对于低速设备， USB 的 3.3V 差分信号

反过来被 ED+ 上的低电压

单端信号 取代。

数据包的末尾 显示在 ED- 上。

那么 eUSB2 还有什么新功能呢？

为了能够 在正确模式下

配置 eUSB2 中继器， 处理 USB 2.0 高速握手，

并支持 USB 2.0 低功耗状态，

eUSB2 补充功能 使用带内信令，

以控制消息的形式 从 SOC 发送到

eUSB2 中继器，以保持 USB 和 eUSB2 总线同步

并优化电源。

所有支持 eUSB2 的设备， 例如 SOC 或中继器，

都需要支持 控制消息。

CM.FS 控制 消息用于

启用低功耗状态。

同样，CM.L1 和 CM.L2 用于

支持更低的 功率模式。

CM.Reset 用作 USB 总线 重置，以帮助配置总线

或清除错误。

CM.Test 仅用于 符合模式测试，

特别是眼图。

CM.RAP 用于 直接寄存器访问。

那么最终用户是否能够 判断产品是否正在

使用 eUSB2 呢？

不，不能。

在 USB 生态系统中， eUSB2 中继器

将被视为 USB 2.0 集线器层。

在此处显示的用于 USB 一致性测试的

典型 USB 2.0 互操作性测试树中，

您可以看到 USB 2.0 规范最多支持

五个集线器层， 这些集线器层由

五米长的电缆连接。

该树还连接了 各种不同的集线器和

设备。

连接的设备 混合了

高速、全速 和低速。

它们还支持 同步和异步通信的

混合，以验证系统 互操作性和向后

兼容性。

因此，在 USB2.0 中，最多 可能有五层集线器。

如果您有一个 eUSB2 中继器，它

将算作这些 层之一。

在这里所示的修改后的 互操作性树中，

主机实现了 eUSB2 中继器，该树

只是减少了 一个集线器层。

所有相同的设备速度、 流量和电缆链路

均保持不变。

同样，当运行 USB 2.0 电气一致性测试时，

eUSB2 中继器的作用 类似于集线器，其中的数据包

具有允许的数据包 结束传输位和

每个数据包开头的 丢弃同步位。

总之，USB 2 是一种 用于芯片间互连的

低电压、低功耗 内部接口。

它还可以使用 中继器扩展到常用的

USB 2.0 接口， 对最终用户没有明显影响。

如果对于 eUSB2 或 USB 您有任何问题，

请访问 e2e.ti.com 上的工程师支持波形，

并在界面部分 找到我们的联系信息。

如果您想了解更多 有关眼图的信息，

以及哪些因素会 影响USB 眼图，

请查看我们 TI PL 系列中的其他

演示文稿。