大家好！我是张飞实战电子黄忠老师！今天给大家分享USB的NRZI编码。

标准的USB连接线使用4芯电缆：5V电源线、差分数据线D-、差分数据线D+、以及GND（USB协议规定，设备在未配置前，可以从Vbus上最多获取100mA的电流，在配置之后，最多可以从Vbus上获取500mA的电流）。

在USB OTG中，又增加了一种MINI USB接头，使用的是5根线，比标准的USB多了一条身份识别（ID）线，USB使用的是差分传输模式，因而有2条数据线，分别是D+和D-。在USB的低速和全速模式中，采用的是电压传输模式；而在高速模式下，则是用电流传输模式。

USB2.0支持3中传输模式，低速模式（1.5Mb/s）、全速模式（12Mb/s）、高速模式（480Mb/s）、传输速度是指总线上每秒传输的位数，实际的数据速率要比这个速度低一些，因为还有很多的协议开销。

USB使用的是NRZI编编码方式，NRZI编码是一种映射一个二进制信号的方法，以便通过USB线缆传输该信号，在该编码方案中，当数据为0时，电平翻转，数据为1时，电平不翻转。如下图所示。顶部是将要通过 USB 传送的数据。底部是编码的 NRZI 数据。

为了防止出现长时间电平不变化（这样不利于时钟信号的提取），在发送数据前要经过位填充处理。通过在 6 个连续的逻辑 1 后面插入一个逻辑 0 可以实现位填充。位填充是为了通过保持锁相环（PLL）对 USB 硬件进行同步化。如果该数据内有太多的逻辑 1，那么 NRZI 编码流中将没有足够用于实现同步化的转换。USB 硬件上的接收器会自动检测额外位，并忽略它。该额外位填充是引起 USB 上的额外开销的原因。下图显示的是一个带有位填充的NRZI 数据的示例。请注意，“Data to Send”（将要发送的数据）流为 8 个逻辑 1。在该编码数据中，在第六个逻辑1 后面插入了一个逻辑 0。这样，第七和第八个逻辑 1 将位于逻辑 0 后

经过位填充后的数据，由串行接口引擎SIE将数据串行化和NRZI编码后，发送到USB的差分数据线上。在接收端，刚好是一个相反的过程。接收端采样数据线，由SIE将数据并行化（反串行化），然后去掉条重围（反位填充），恢复处原来的数据。

通常我们使用现成的USB芯片，如位填充、串行化、反串行化、CRC校验等处理过程，芯片内部的硬件已经帮我们做好了，因此可以不用关心这些细节。但是往往知道这些细节，在处理问题的时候，非常有用。你会了吗？