USB电气标准详解

USB电气标准详解

USB（通用串行总线）是一种广泛应用于计算机和各种外部设备之间的连接接口。从最初的USB 1.0到最新的USB 4.0，其电气标准经历了显著的演变，不仅在传输速度上实现了质的飞跃，还在电源管理、兼容性和安全性等方面进行了全面优化。本文将详细介绍USB接口的电气标准，帮助读者全面了解这一关键技术的内在原理和应用特点。

电源和地线

USB接口使用5V电源线（Vbus）和地线（Gnd）。在USB OTG（On-The-Go）中，增加了一根身份识别（ID）线，总共使用5根线。

数据传输

USB使用差分传输模式，有两根数据线，分别是D+和D-，它们之间的电压差表示逻辑“1”和“0”。数据线的电平范围通常在+400mV至-400mV之间。

电气性能

• USB 1.0/1.1：最大速率为12 Mbps，标准电压为5V，最大电流为500mA。
• USB 2.0：最大速率为480 Mbps，标准电压为5V，最大电流为500mA（低功耗设备）或900mA（高速设备）。
• USB 3.0：最大速率为5 Gbps，标准电压为5V，最大电流为900mA（低功耗设备）或1500mA（高速设备）。
• USB 4.0：最大速率为40 Gbps，标准电压为5V，最大电流为100W（通过USB Power Delivery协议）。

兼容性和安全性

USB接口规范了各种物理尺寸和形状，包括USB Type-A、Type-B、Type-C等，以确保不同设备和制造商之间的兼容性。提升了插拔耐久性要求，确保接口在反复插拔操作中能保持良好的接触和功能。加强了过流保护要求，以防止电流过大导致设备损坏或安全隐患。提高了接口对电磁干扰的抵抗能力，确保在复杂环境下信号传输的可靠性。

其他特性

USB接口支持热插拔，即用户可以在电脑工作时直接插入或拔出USB设备，无需关机。USB接口的输出电压通常设定在5V，公差为+/-0.25V，实际电压通常在4.75V至5.25V之间。

这些电气标准确保了USB接口在各种设备中的兼容性和性能，同时也提供了稳定的电源和数据传输能力。