1. NRZI 编码的基本原理

  • 定义：NRZI（Non-Return-to-Zero Inverted）是一种通过电平跳变表示 0，保持电平表示 1 的编码方式。
  • 规则：
    • 输入 0：电平翻转（若当前为 J 则变 K，反之若当前为 K 则变 J）。
    • 输入 1：电平保持（不翻转）。
  • 目的：确保信号中有足够的跳变边缘，供接收方恢复时钟同步。

2. SYNC 字段的 NRZI 编码实现

全速 SYNC：二进制 00000001 → 电平 KJKJKJKK

  1. 初始状态：假设常态电平为J(高电平1)，那么起始电平为 K（低电平0）。
  2. 逐位编码：
输入比特 NRZI 操作 当前电平 说明
0 翻转（J→K） K 第1个0，电平跳变
0 翻转（K→J） J 第2个0，电平跳变
0 翻转（J→K） K 第3个0，电平跳变
0 翻转（K→J） J 第4个0，电平跳变
0 翻转（J→K） K 第5个0，电平跳变
0 翻转（K→J） J 第6个0，电平跳变
0 翻转（K→J） K 第7个0，电平跳变
1 保持（J） K 第8个1，电平保持不变
  • 最终电平序列：K J K J K J K K
    SYNC域 8位中 的 最后两位 KK 是一个标记（电平未翻转，即收到数据1），用于标识SYNC域的结束和PID域的开始。

高速 SYNC 的二进制模式

  1. 规范定义（USB 2.0 协议 7.1.11.2节）
  • 二进制输入：
    00000000000000000000000000000001（31个0 + 1个1，共32位）
  • 设计意图：
    通过长串 0 触发 NRZI 连续跳变，生成稳定的同步信号。
  1. NRZI 编码过程
输入比特序列 NRZI 操作（初始电平 K） 生成的电平序列
00000000000000000000000000000001 每个0翻转，1保持 KJ KJ KJ ... KJ KK（共32跳变）
  • 实际结果：
    • 前31个0 → KJ交替15次 + 最后一个J（第31位）
    • 最后1个1 → 保持 J
    • 协议补 KK → 最终序列：(KJ)×15 + J + KK = 15次KJ + JKK

3. 为什么 USB 使用 NRZI？

  • 抗干扰：跳变边缘携带时钟信息，降低对绝对电平精度的依赖。
  • 效率：比曼彻斯特编码（每个比特均跳变）节省带宽。
  • 兼容性：适合 USB 的全速/高速多速率场景。