2024年3月31日发(作者：)

UTMI及USB 2.0 PHY高速传输特性分析 (2009-2-6 09:23)

转载信息来源于网上，再次作为研发信息记录

1. 概述

USB2.0利用传输时序的缩短（微帧125us）以及相关的传输技术，将整个传输速度

从原来的12Mbps提高到480Mbps，提高了40倍的带宽，为开发高宽带USB接口产品

提供条件。USB2.0支持USB1.1的全速（Full Speed）和低速（Low Speed）工作环境，

其电气特性在其他文献中有描述[6]，这里主要介绍USB2.0高速设备的电气特性以及相关

的UTMI接口规范。UTMI全称为 USB2.0 Transceiver Macrocell Interface，此协议是

针对USB2.0的信号特点进行定义的，分为8位或16位数据接口。目的是为了减少开发商

的工作量，缩短产品的设计周期，降低风险。此接口模块主要是处理物理底层的USB协议

及信号，可与SIE整合设计成一专用ASIC芯片，也可独立作为PHY的收发器芯片，下以

8位接口为例介绍PHY的工作原理及设计特点。

2. UTMI主要功能及原理

首先，为保证兼容性，PHY应该支持全速和高速工作模式。为此高速集线器（Root

Hub或Hub）

需要能够检测设备是高速端口还是全速端口，以作相应的速度模式进行工作。因此，

信号接口须实现以下功能：

l 不同速率接口之间的动态传输

l 高速设备检测（HighSpeed Detection Handshake）

l 高速设备断开检测（HS_Disconnect）

l 能传输高速/全速差分信号（要求阻抗匹配）

l 发送和检测高速包开始信号（SYNC）

l 发送和检测高速包结束信号（EOP）

l NRZI编码和位填充（Bit Stuff / Bit Unstuff）

l 支持挂起和复位的操作

图1 USB2.0 PHY 功能模块描述框图

图1描述了UTMI各个功能模块，其工作原理如下：PHY从其他转态（如上电、重启

或挂起）转换成工作状态后，首先进行高速设备的连接检测（HS Detection Handshake）

（后面再详细叙述），检测完毕后切换成相应的工作模式，然后等待主机和设备进行传输数

据流。当接收器在USB数据线D＋和D－检测到由主机发送到设备的信号时，首先对信号

进行时钟恢复，得到正确同步信号后再送进缓冲区，通过NRZI解码及位反填充后，把串

行信号转换成并行信号，最后送到设备SIE进行处理。反之，当设备端的SIE需要发送数

据包时，UTMI将按照相反的顺序把已编译好的NRZI串行数据流通过发送器传输给主机。

为了降低功耗，UTMI支持挂起功能，其工作状态如图2所示。