2024年6月11日发(作者：局振宇)

UTMI及USB 2.0 PHY高速传输特性分析

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

2024年6月11日发(作者：局振宇)

UTMI及USB 2.0 PHY高速传输特性分析

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