Figure 4
在了解正確端接與傳輸線相對(duì)的信號(hào)線方法后，還需要知道如何根據(jù)收發(fā)器在其系統(tǒng)位置作出適當(dāng)配置。首先，必須確定設(shè)備對(duì)于主機(jī)是處于上行還是下行位置。簡(jiǎn)言之，主機(jī)側(cè)的收發(fā)器為下行位設(shè)備，而外設(shè)側(cè)則為上行位設(shè)備。最簡(jiǎn)單的判斷方法是看看收發(fā)器是向相對(duì)于主機(jī)哪個(gè)方向傳送數(shù)據(jù)。如果收發(fā)器在主機(jī)側(cè)，它會(huì)將數(shù)據(jù)向下帶離主機(jī)，如果收發(fā)器在外設(shè)側(cè)，它就會(huì)向上將數(shù)據(jù)送回主機(jī)。如果收發(fā)器在主機(jī)側(cè)，必須在D+、D- 引腳串接15kΩ ± 5% 的下拉電阻，這要求同時(shí)適用于低速、全速和高速傳輸。如果無(wú)集線器或外設(shè)接入，這些下拉電阻會(huì)將D+ 和D- 引腳的電平拉低。如果D+ 和 D- 的電平都低于VOL (max)，控制ASIC 芯片監(jiān)測(cè)的主機(jī)側(cè)收發(fā)器將發(fā)出SE0狀態(tài)信號(hào)，通知主機(jī)無(wú)外設(shè)接入，因此不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
在上行位的收發(fā)器有兩種不同配置，一個(gè)用于低速傳輸，一個(gè)用于全速或高速傳輸。當(dāng)配置全速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，1.5kΩ ± 5%的上拉電阻會(huì)在D+ 線和3.3V之間進(jìn)行連接。如果收發(fā)器有提供3.3V上拉電壓，最好使用這個(gè)電壓。例如，USB1T1102、USB1T1104 和USB1T1105都有內(nèi)部調(diào)壓器，在正常模式下工作時(shí)給VPU引腳提供3.3V電壓。一些供應(yīng)商如飛兆半導(dǎo)體還提供這些部件的"R"型款，包括在收發(fā)器內(nèi)帶有1.5kΩ的上拉電阻，免除了外接電阻的需要 (本文稍后將詳細(xì)介紹正常模式的配置)。假如使用USB電纜將外設(shè)連接到主機(jī)上，主機(jī)側(cè)控制器會(huì)檢測(cè)到有外設(shè)接入，這是由1.5kΩ上拉電阻實(shí)現(xiàn)的，它將抵消主機(jī)側(cè)的15kΩ下拉電阻作用，發(fā)出一個(gè)"Differential 1"狀態(tài)信號(hào)。該狀態(tài)信號(hào)會(huì)告知主機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)行全速或高速傳輸。"Differential 1" 狀態(tài)定義為當(dāng)D+ 高于VOH (min)，而D-小于VOL (max)。
當(dāng)進(jìn)行低速數(shù)據(jù)傳輸配置時(shí)，外設(shè)需要設(shè)定為發(fā)出"Differential 0" 狀態(tài)信號(hào)。在此情況下，"Differential 0" 狀態(tài)定義為當(dāng)D+ 小于VOL (max)，D- 大于VOH (min)。這是通過(guò)在D- 線和3.3V之間接上1.5kΩ ± 5% 上拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同樣地，許多收發(fā)器也因此提供上拉電壓。使用此配置時(shí)，外設(shè)一旦連接到主機(jī)上，1.5kΩ上拉電阻便會(huì)抵消15kΩ下拉電阻的反偏作用，然后發(fā)出"Differential 0"的信號(hào)，告知主機(jī)預(yù)備進(jìn)行低速傳輸。圖5所示為這些概念的圖示說(shuō)明。
Figure 5 Typical Example of a USB Physical Layer using two USB1T1102 Transceivers
除了通過(guò)端接D+ 和 D- 數(shù)據(jù)線來(lái)發(fā)送所需采用的數(shù)據(jù)傳輸速度信號(hào)外，系統(tǒng)工程師必須根據(jù)系統(tǒng)的供電情況正確配置物理層。物理層一般有三種供電配置方式：主端口供電、總線供電和獨(dú)立供電。圖6所示為主端口供電方式配置，特點(diǎn)是主機(jī)和集線器使用相同的電源。
Figure 6 Root Port Hub
圖7所示為獨(dú)立供電配置。其中，主機(jī)和集線器各自采用獨(dú)立的電源。
Figure 7 Self Powered Hub
最后是總線供電配置，集線器由VBUS供電。
Figure 8 Bus Powered Hub
在這三個(gè)圖中，外設(shè)側(cè)的USB收發(fā)器需要通過(guò)VBUS或外設(shè)電源供電。通常，設(shè)計(jì)人員在面對(duì)講究功耗的超便攜設(shè)備時(shí)，會(huì)選擇第一種方式供電，并利用VBUS供電以延長(zhǎng)設(shè)備的電池壽命。由于物理層存在多種供電配置方式，而來(lái)自不同渠道的各式電源的電壓水平通常有異，收發(fā)器必須能夠適應(yīng)所選擇的供電方式。USB 2.0規(guī)格要求D+、D- 線上的信號(hào)電壓在0 到 3.3V之間，但主機(jī)提供的VCC及其后的VBUS都是5V�；谶@個(gè)原因，較新的USB收發(fā)器都具有內(nèi)置調(diào)壓器，將5V VBUS轉(zhuǎn)換成3.3V供應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸使用。上行和下行數(shù)據(jù)收發(fā)器也是一樣。為配合這個(gè)需要，收發(fā)器可適應(yīng)5V或 3.3V電源。舉例說(shuō)，USB1T1102及即將推出的USB1T1104 和 USB1T1105均具有VCC 和VREG引腳。當(dāng)采用來(lái)自主機(jī)VBUS或集線器的5V電源時(shí)，VREG是透過(guò)收發(fā)器輸出的3.3V電壓供電，而以這種方式在5V電壓下運(yùn)行時(shí)稱為"正常模式"。物理層的第二個(gè)選擇為"旁路模式"。這種供電方式只需為收發(fā)器提供3.3V電源 (許多手持式外設(shè)都于這個(gè)電壓范圍工作，能夠直接為收發(fā)器供電)，然后，VREG 和 VCC將連接起來(lái)并連接到3.3V電源。由于調(diào)壓器在這配置模式中有效關(guān)眨虼吮懷莆?旁路模式"。
當(dāng)引進(jìn)USB物理層時(shí)必需考慮的最后一個(gè)因素，是如何處理較高電壓物理層器件與較低電壓USB控制器之間的接口。如先前所說(shuō)，大多數(shù)USB控制器不再是獨(dú)立的設(shè)備，甚至不是收發(fā)器的一部分，而是集成在小線寬的ASIC芯片中。這類ASIC芯片的工作電壓大多很低 (1.8V左右)，與物理層通信時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生潛在問(wèn)題。如果我們打算傳回一個(gè)3.3V電位的控制信號(hào)到1.8V的ASIC芯片，輕則將縮短芯片的壽命，重則會(huì)導(dǎo)致反向擊穿，引發(fā)大電流消耗和器件故障。為了解決這個(gè)問(wèn)題，物理層器件的控制輸出和數(shù)據(jù)I/O引腳可調(diào)節(jié)到USB控制器所需的電壓水平。
總括來(lái)說(shuō)，本文討論了物理層繼續(xù)成為有價(jià)值的分立器件的幾個(gè)原因，以及在符合USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中正確引進(jìn)物理層時(shí)所需考慮的要點(diǎn)。因?yàn)榱私夂驼曔@些因素是成功配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
