USB的NRZI編碼

1.網(wǎng)絡(luò )上一個(gè)比較詳細的解釋
首先，USB 的數據是串行發(fā)送的，就像 UART、I2C、SPI 等等，連續的01 信號只通過(guò)一根數據線(xiàn)發(fā)給接受者。
但是因為發(fā)送者和接收者運行的頻率不一樣，信號的同步就是個(gè)問(wèn)題，比如，接受者接收到了一個(gè)持續
一段時(shí)間的低電平，無(wú)法得知這究竟是代表了5個(gè)0 還是1000個(gè)0。
一個(gè)解決辦法，就是在傳輸數據信號的同時(shí)，附加一個(gè)時(shí)鐘信號，用來(lái)同步兩端的傳輸，接受者在時(shí)鐘
信號的輔助下對數據信號采樣，就可以正確解析出發(fā)送的數據了，比如 I2C 就是這樣做的，SDA 來(lái)傳
輸數據，SCL 來(lái)傳輸同步時(shí)鐘：

雖然這樣解決了問(wèn)題，但是卻需要附加一根時(shí)鐘信號線(xiàn)來(lái)傳輸時(shí)鐘。有沒(méi)有不需要附加的時(shí)鐘信號，也
能保持兩端的同步呢？
有的，這就是 RZ 編碼（Return-to-zero Code），也叫做歸零編碼。
在 RZ 編碼中，正電平代表邏輯 1，負電平代表邏輯 0，并且，每傳輸完一位數據，信號返回到零電
平，也就是說(shuō)，信號線(xiàn)上會(huì )出現 3 種電平：正電平、負電平、零電平：



從圖上就可以看出來(lái)，因為每位傳輸之后都要歸零，所以接收者只要在信號歸零后采樣即可，這樣就不
在需要單獨的時(shí)鐘信號。實(shí)際上， RZ 編碼就是相當于把時(shí)鐘信號用歸零編碼在了數據之內。這樣的信
號也叫做自同步（self-clocking）信號。
這樣雖然省了時(shí)鐘數據線(xiàn)，但是還是有缺點(diǎn)的，因為在 RZ 編碼中，大部分的數據帶寬，都用來(lái)傳
輸“歸零”而浪費掉了。
那么，我們去掉這個(gè)歸零步驟，NRZ 編碼（Non-return-to-zero Code）就出現了，和 RZ 的區別就是
NRZ 是不需要歸零的：


這樣，浪費的帶寬又回來(lái)了，不過(guò)又喪失寶貴的自同步特性了，貌似我們又回到了原點(diǎn)，其實(shí)這個(gè)問(wèn)題
也是可以解決的，不過(guò)待會(huì )兒再講，先看看什么是 NRZI：
NRZI 編碼（Non-Return-to-Zero Inverted Code）和 NRZ 的區別就是 NRZI 用信號的翻轉代表一個(gè)
邏輯，信號保持不變代表另外一個(gè)邏輯。
USB 傳輸的編碼就是 NRZI 格式，在 USB 中，電平翻轉代表邏輯 0，電平不變代表邏輯1：



翻轉的信號本身可以作為一種通知機制，而且可以看到，即使把 NRZI 的波形完全翻轉，所代表的數據
序列還是一樣的，對于像 USB 這種通過(guò)差分線(xiàn)來(lái)傳輸的信號尤其方便~
現在再回到那個(gè)同步問(wèn)題：
的確，NRZ 和 NRZI 都沒(méi)有自同步特性，但是可以用一些特殊的技巧解決。
比如，先發(fā)送一個(gè)同步頭，內容是 0101010 的方波，讓接受者通過(guò)這個(gè)同步頭計算出發(fā)送者的頻率，
然后再用這個(gè)頻率來(lái)采樣之后的數據信號，就可以了。
在 USB 中，每個(gè) USB 數據包，最開(kāi)始都有個(gè)同步域（SYNC），這個(gè)域固定為 0000 0001，這個(gè)域通
過(guò) NRZI 編碼之后，就是一串方波（復習下前面：NRZI 遇 0 翻轉遇 1
此外，因為在 USB 的 NRZI 編碼下，邏輯 0 會(huì )造成電平翻轉，所以接收者在接收數據的同時(shí)，根據接
收到的翻轉信號不斷調整同步頻率，保證數據傳輸正確。
但是，這樣還是會(huì )有一個(gè)問(wèn)題，就是雖然接收者可以主動(dòng)和發(fā)送者的頻率匹配，但是兩者之間總會(huì )有誤差。
假如數據信號是 1000個(gè)邏輯1，經(jīng)過(guò) USB 的 NRZI 編碼之后，就是很長(cháng)一段沒(méi)有變化的電平，在這種
情況下，即使接受者的頻率和發(fā)送者相差千分之一，就會(huì )造成把數據采樣成 1001個(gè)或者 999個(gè)了。
USB對這個(gè)問(wèn)題的解決辦法，就是強制插0，也就是傳說(shuō)中的bit-stuffing，如果要傳輸的數據中有7個(gè)
連續的1，發(fā)送前就會(huì )在第6個(gè)1后面強制插入一個(gè)0，讓發(fā)送的信號強制出現翻轉，從而強制接受者進(jìn)
行頻率調整。接受者只要刪除6個(gè)連續 1 之后的0，就可以恢復原始的數據了。


2,來(lái)至ST的另外一個(gè)解釋