Usb硬件解析及设计

USB有 “主设备” 和 “从设备” 之分。 “主设备” 通常写为 “USB HOST”或“USB OTG” ，而“从设备”一般写为“USB DEVICE” 。STM32F103系列的芯片只能做“USB DEVICE” ，STM32F105和STM32F107系列才可以做“USB OTG” 。

USB信号是差分信号，信号线为D+、 D-。  在USB HOST端，  D+、 D-各接一个15kohm的下拉电阻。

而在USB DEVICE端，这时就有高速低速设备的区别了。USB1.0、1.1、2.0协议中 都有定义高低速设备以满足不同情况的需求，这些在硬件上的区别就是：

高速设备：D+ 接一个1.5K的上拉电阻，D-不接；  低速设备则相反：

这就是为什么板上的USB接口的D+上接一个1.5K的上拉电阻到3.3V的原因。

这样当USB DEVICE插入到USB HOST中时，如果是高速设备，则D+被拉高，D-不 变；低速设备则与之相反。这个上拉过程需要大概2.5us的时间，USB HOST在这个时间  内便检测到了该信号，即可判断有USB DEVICE plug in，和该device的类型，然后开始通讯、枚举等。 所以，USB协议虽然非常复杂，一般人不太好掌握，但USB硬件却是非常简单的：如果是USB HOST，例如PC机，那么在USB接口的D+、D-差分线上都接一个15K电阻到地就可以了；如果是USB DEVICE，例如我们的STM32开发板，那么在USB接口的D+接一个1.5K的上拉电阻到3.3V就可以。

综上所述：当你的USB是作为从设备（类似U盘，USB键盘）时，需要在D+(或者D-）接上拉1.5K电阻；反之，你的USB是作为主机，用来外接USB键盘、U盘时，电路只需要在D+/-上接下拉电阻；

另外，在高速USB传输时，需要考虑信号的完整性问题，即阻抗匹配。阻抗匹配是指在能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等，此时的传输不会产生反射，这表明所有能量都被负载吸收了。反之则在传输中有能量损失。下图中的 R55、R56的22欧姆电阻是阻抗匹配电阻。