一、总线标准

• USB1.1：支持12Mbps全速率（FullSpeed）和1.5Mbps低速率（ HalfSpeed）
• USB2.0：支持480Mbps高速率（High Speed），兼容1.1
• USB3.0：支持5Gbps超高速率（超速传输），兼容2.0

二、硬件结构

1. USB2.0工作模式分为低速（1.5Mb/s）、全速(12Mb/s)、高速（480Mb/s）；
   低速和全速是电压驱动型，高速是电流驱动型
2. USB2.0 物理层为 4 根线，差分线：D+、D-  电源线：VCC、GND
   其中 D+ 与 D- 共有 4 种状态：
   Chirp J State：D+ = 1, D- = 0
   Chirp K State：D+ = 0, D- =1
   SE0：D+ = D- = 0
   SE1：D+ = D- = 1

3. ​usb低速设备，D- 端口上拉1.5K电阻至VCC，空闲状态（D+、D-）显示为01（Chirp J）；
   usb全速设备，D+端口上拉1.5K电阻至VCC，空闲状态（D+、D-）显示为10（Chirp K）；
   Chirp J 和 Chirp K 状态只出现在高速模式的速度检测握手协议中，即设备从全速识别为高速设备的状态转换过程中。
   

4. Chirp J / K（⭐）

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   高速模式是电流驱动，其 J / K 信号是由一个 17.78uA 的电流源向 D+ 和 D- 数据线产生
   当 USB主机进入高速模式后，主机和设备两端的 D- 和 D+ 全部断开 D+ 数据线上的上拉 1.5K 电阻，并挂载 45Ω 的等效终端电阻（这两个电阻并联之后为约为22.5Ω），因而可以在D+ 或者D- 数据线上形成约为 400mV 的高速 J / K 信号。
   
   高速设备在连接到 USB主机时默认为全速模式，因而此时USB设备端还未挂接 45Ω 终端电阻，而是挂载了1.5K的上拉电阻，此时USB设备端的1.5K上拉电阻和主机端的 45Ω 并联后约45Ω，因此会在 D+ 和 D- 上会形成 800mV（17.78x45）的差分信号​​​​
   
   

三、握手过程

1.  usb设备接入USB主机后，usb设备检测到 VBUS 电源后就会挂载上拉1.5K电阻；

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   usb设备检测到 D+或者D-上有高电平产生，便认为已接入主机
   USB主机检测到D+或D-上电压从0V变化到2V以上，便确定usb设备已经连接主机
   USB主机确认usb设备连接后，发出一个复位信号，使设备进入初始状态
   复位信号（SE0状态）持续时间在10ms以上，在此时间内，系统完成整个高速握手协议

2. usb设备检测到复位信号后，在 ≥2.5us且≤3ms 的时间内开始发起高速握手协议，确保本身1.5K的上拉电阻已经挂载，且45R 的等效对地电阻没有挂载，之后usb设备端向 D- 流入17.78mA的电流，然后USB主机端的45R 的等效对地电阻和下拉电阻15K 并联，总线上产生一个大约为800mV的电压，持续至少1ms，这就是Chirp K 信号，信号结束后，USB主机恢复SE0 状态

3. USB主机检测到信号变化，便认为usb设备的Chirp K 信号结束

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   如果主机检测到Chirp K 的信号没有持续2.5us以上，则认为检测不到，并会一直驱动总线为SE0 状态 直至复位信号结束，高速信号握手协议结束，主机和设备都会工作在全速模式。
   如果主机检测到Chirp K 信号持续2.5us以上，则认为是有效状态，开始发送 三对K/J 序列，发送的时间必须是在Chirp K信号结束后的100us内，每个单独发送的Chirp K和Chirp J状态都必须是连续的且持续时间是40~60us，如果中间USB总线持续3ms没有任何的状态，设备就会进入挂起模式，Chirp K/J信号需要持续发送直到复位信号结束前的100us~500us为止。

   主机端完成了三对K/J信号发送，设备端检测到三对K/J信号后，在500us内，将D+上的1.5K的电阻移除，并挂载高速的45R 的等效对地电阻，进入高速模式，此时与主机的45R并联等效电阻变成了22.5R，D+ 和D- 的电压变成400mV。