概述
USB的英文全称为Universal Serial Bus,中文含义是通用串行总线，它是一种快速的，双向的，同步传输的廉价的并可以进行热拔插的串行接口。USB接口使用方便，它可以连接多个不同的设备，而过去的串口和并口只能接一个设备。速度快是USB技术的突出特点之一。全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s,比串口快了整整100倍，而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480Mb/s，最新的USB3.1支持高达10Gb/s的传输速率，USB发展历程如图 1所示。
图 1 USB发展历程
USB（Universal Serial Bus）体系包括“主机（Host）”、“设备（Device）”以及“物理连接(Connector）”三个部分。其中主机是一个提供USB 接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体，可以是PC，也可以是OTG 设备。一个USB 系统中仅有一个USB 主机（Host）；设备（Device）包括USB 功能设备（Function）和USB HUB，最多支持127 个设备；物理连接即指的是USB 的传输线。
最常见的USB 系统为PC 机和USB 外设的系统， 一个PC机通常集成了USB Host 和USB Root Hub。USB Hub 是市场上很常见的USB 接口扩展设备；U 盘，USB Modem，USB 网卡等是很常见的USB 功能设备。
USB 接口的标准
机械标准
USB2.0 标准规定USB 接口的物理规范如下
对于USB 线缆，USB2.0 标准只能为以下的三种插头形式的组合：
①标准可插拔线缆(Detachable Cable)：一端为A 型插座，另外一端为B 型插座；
②高速/全速不可分离电缆（Captive Cable）：一端为A 型插座，另外一端厂商根据实际高速/全速USB 产品指定，如手机，MP3 的USB 配线；USB 键盘等；
③低速电缆不可分离电缆（Captive Cable）：一端为A型插座，另外一端厂商根据实际低速USB产品指定。
标准也规定了USB2.0 Cable的最长长度为5m。
图 4 USB3.0插座与USB2.0的兼容
电气标准
USB2.0的BUS由四根线组成：电源VBUS（Red），GND（Black），信号D＋（Green），信号D－（White），USB标准里面也指定了这四根线在USB电缆里面的颜色（上一句括号里面已标明）。其中电源线VBUS可用于由USB主设备向从设备供电，供电电压为＋5V，一个USB Host端口最多可以提供500mA的电流。
对于工作于High－Speed模式下信号线，关键的电气参数如下：
1、单端信号高电平范围：360mV～440mV；单端信号低电平范围：-10mv～10mV；
2、单端输出阻抗：45Ω；差分输出阻抗：90Ω； （PCB布线时要求阻抗控制为90Ω）
3、对于工作于Full－Speed模式下信号线，关键的电气参数如下：
4、单端信号高电平范围：2.8V～3.6V（比较常见的是3.3V信号电平）；单端信号低电平范围：0v～0.3V；
5、差分输出阻抗：90Ω±15％。
USB3.0总线由8根线组成，除了USB2.0的电源VBUS（Red），GND（Black），信号D＋（Green），信号D－（White），还有TX/RX两对SDP（屏蔽差分线对），如图 5所示
图 5 USB3.0线缆结构
对于工作于SuperSpeed模式下信号线，要求单端输出阻抗：45Ω±3Ω；差分输出阻抗：90Ω±5Ω（PCB布线时要求差分阻抗控制为90Ω）。
USB主设备供电及Inrush（启动）电流
USB主设备对从设备有三种供电方式：从设备自供电，主设备对从设备完全供电，主设备对从设备部分供电（USB Host端口最多提供500mA的电流，从设备需要的其它电流由自己供电，但两部分电源应该分开）。
USB设备在热插时均会产生强电流（Inrush Current），这种强电流会导致USB总线供电电压下降（最大允许Droop电压为330mV），一方面会导致总线上的其它Device不能正常工作；另一方面可能导致插入的Device无法启动，更严重的情况会烧坏Host设备。Inrush电流产生的原因如下： 在热插或设备的工作状态由低功耗切换为高功耗时，由于从设备上Vcc对地存在的电容及瞬间负载过大的影响，在Vcc上将会由主设备向从设备注入瞬间强电流。
为保证USB接口的可靠的设计，通常需要使用一些限流电路。最常见最通用的限流电流就是直接利用板上已有DC-DC电源电路的限流功能，但这很显然不是一种很好的方法；其它比较常用的方法有使用保险丝和USB专用过流保护供电芯片两种方式，如G5250芯片。
另外在热拔时会由于线上的电感效应的存在，突变的电流会在Host端和Device端会产生Flyback Voltage，在Host端的表现为引入了噪声，在Device端则需要注意反转电压的幅度不能过大。但这些现象一般影响很有限，设计上基本上没有进行相应的考虑。
