從 Universal Serial Bus的直譯的文字，我們可以瞭解到USB界面的資料傳輸方式是採用串列的方式，其類似於RS-232串列傳輸的方式。當然，採取串列的方式，最主要是可 以降低使用的訊號線數目，並可讓訊號傳遞較遠的距離。所以USB的連接線內部僅有四條線，其中二條是+5伏特(VBus)與地線(GND)，另外二條則是 差動的資料線(D+與D-)，長度最長可以達到5公尺(對全速裝置而言)。而電源的供應上，一般為5V，而最小是4.4V。此外，透過USB匯流排，在下 游所連接的裝置埠可以根據不同的配置方式，分享到100/500 mA的電流量。
為了達到可以連接各種不同周邊設備的目的，USB最多可 以連接高到127個設備。而對一般的使用者來說，這種龐大的數量是備而不用的。而集線器的 規格設計上，若要連接那麼多個周邊設備時，就要有USB 集線器的設計與使用，可以方便連接至多個周邊。而這種集線器就和網路的集線器功能類似，皆可稱為集線器，而且集線器與集線器間可以再串接，以方便安裝更多 數量的設備。如此，就可以形成或是架構出USB的階梯式星狀拓樸結構出來。
USB的硬體特性
根據圖2所示的階層梯式星狀的拓樸結構，可以看到主機端與集線器或裝置必需依循由上→下或由下→上的連接方向，而為了避免連接錯誤，因此在USB 1.x規格中定義了兩種不同大小形狀的USB連接頭，序列A與B連接頭。其相關的尺寸與接腳編號如圖8所示：
序列A接頭：用來連接下游埠的裝置，且為長方扁平的形狀，所以在PC主機機殼後的根集線器以及在集線器中往下擴充的連接埠就是序列A連接頭。
序列B接頭：用來連接上游埠的裝置或集線器，且為正方形。
圖8. A與B型連接器之圖示
而 新的USB 2.0規格中，則增加設定了mini-B接頭，如圖9所示。這個mini-B連接器是原本B型連接器的一半大小。這種mini-B連接器是應用在需要縮小 面積的消費性電子產品上，例如數為照相機。不管我們是使用的是一般B型連接器或是mini-B連接器，連接至電腦的另一端都需要A型連接器。A型連接器是 往電腦主機端連接上去（往上游，Upstream），而B型連接器則是往裝置端連接出去（往下游，Downstream）。因此，具備擴充USB周邊埠的 集線器，就同時具備了A型連接器與B型連接器。
圖 9. Mini-B的連接器(引用自明昫，mainsuper公司)
所 有的連接器中包含了四條USB纜線的電線的線規以及顏色，如下表格4所示。但其中，對於mini-B連接器則增加了ID腳位。若是支援USB On-The-Go（OTG）規格的話，則使用這個ID腳位，以用來辨識裝置預設的模式（主機或是裝置）。因為，這新的OTG規格已經修改USB規格延伸 至點對點的方式來連接。而這種的新的USB OTG規格將使得USB裝置不再侷限於主機為整個USB匯流排上的唯一”主”裝置。透過這種規格的延伸，所有的USB裝置具備了主/從切換的特性。
一般標準的每個連接頭內擁有4個接腳：其中兩個用來傳遞差動資料的，另兩個則是供給USB裝置電源。其中，一對的電源線採用20～28AWG(America, Wire Gauge，美國線規)的導線。
表格4 USB纜線/連接器的信號與顏色
但 對於傳遞差動資料線的線規，就需多加注意。由於USB的資料傳輸速率，分為全速(12Mbps)與低速(1.5Mbps)兩者規格。雖然這兩種 傳輸格式都可以使用28AWG的導線，全速的差動資料訊號線必須採用絞線對的形式，而且還須加上屏蔽的處理才可以。而屏蔽的作用是防止高速傳輸時所產生的 EMI電磁干擾。但對於低速的差動資料訊號線就無須使用絞線對，或加上屏蔽處理。這樣設計也是為了減少成本並符合經濟效益。
USB界面的電氣特性
詳 細的USB電器特性的相關內容是在USB規格第七章所設定的。而在此，僅列出讀者所需注意的一些特性。 如圖10所示，呈現了在全速裝置與PC主機之間電氣特性的連接。除了Vcc(+5V)與接地線外，需要特別注意的是D+與D-的差動資料信號線。首先，在 連接至USB收發器之前必須先串接29～44W的電阻器。而後根據不同的USB裝置的傳輸速度(全速或是低速)，改變在裝置端的提升電阻(1.5K± 5%)的位置。這個提升電阻器，也可視為裝置端電阻器。對於全速裝置(12Mbps)，就將提升電阻器接至D+信號線與電源之間的位置。如果是低速裝置 (1.5Mbps)，
圖10. 全速裝置與PC主機之間電氣特性的連接圖
就 將提升電阻器接到D-信號線與電源之間的位置。這個電壓源的範圍為3.0V至3.6V之間。但對於USB 2.0的高速傳輸，這個提升電阻是被省略之，改以自動切換的方式。最後，D+與D-兩條訊號線在PC主機的根集線器或集線器端同時接上15KW的下拉電阻 並連至接地端。我們也可視這些下拉電阻器為集線器端電阻器。
USB 2.0電子規格的變動
在 主機與新型的高速控制器之間的連結被重新加以定義，以支援高達480MHz的傳輸效能表現。圖11顯示了全新 的高速的界面連接方式。其中，新的標準下採用90W的差分阻抗（differential characteristic impedance）以搭配差分電流模式訊號（differential current mode signaling），並且採用相同的NZRI編碼機制。但是，對於SYNC訊號、EOP訊號以及閒置狀態等，也略加作了修改（在下一章中將再作詳盡的介 紹），只不過也必須同時搭配其他相關規範，以便嚴格控制游離電容（stray capacitance）、點對點抖動（peak to peak jitter）與上升/下降時間等因素。如此，才能使得訊號的傳輸速度能夠更加地快速傳輸。
圖11. USB 2.0規格匯流排連結過程
高 速周邊裝置與主機控制器進行連結時，系統會將它視為一組配置有提升電阻器的標準型全速裝置。在匯流排進行重置，周邊裝置會藉由訊號交換協定，將 傳輸電流傳回主機的方式來指示主機，這個周邊裝置為USB 2.0界面規格並具備高速傳輸能力。在完成訊號交換協定之後，周邊裝置將會把提升電阻打開（detach），所有的元件會開始進行高速傳輸通訊。當USB 2.0規格的周邊裝置與舊型主機相連結時，這種模式便具備向下相容能力。也就是當訊號交換協定失敗時，周邊元件會自動開始模擬並轉為全速裝置模式運行。而 此時，使用者會感覺到運作效能的降低，但實際上仍能順利地進行所指派的工作。由於USB 2.0 是採用了現有的訊號機制，若是在連線環境中未安裝終端電阻器的話，系統就會透過雙倍的電壓偵測出USB裝置的移除。
USB的電源管理
這 一部份的規範，在新的USB 2.0規格是沒有作太大的變更。基本上，在中止模式下，500uA，配置模式下，500mA，而未配置模式下，100mA。由於USB的優點之一即是由匯 流排供電給裝置，因此裝置可以透過匯流排來取得電源，而無須外部額外的電源插座或是纜線。
不論是集線器或是裝置都可區分為自我供電或是匯流排供電兩種類型。而從匯流排供電又可再區分為低功率與高功率兩種。此外，根據USB規格，所有的集線器或是裝置都必須支援中止(Suspend)模式，且中止模式下的消耗電流不能超過500mA。這是非常重要的特性。
而根據供電方式的不同，USB裝置可分為下列幾個類型：
1.匯流排供電集線器
所 有的電源均由上游連接埠來供應，但至多只能從上游埠消耗500mA。而倘若以一個4個連接埠的集線器來說，每個下游埠最多只能消耗100mA （一個單位負載），因此4個連接埠共消耗400mA。而集線器本身的控制器與其周邊電路可再消耗100mA，因此整個集線器共可消耗500mA。
2.自我供電集線器
集線器本身擁有自己的電源供應器，可以提供給本身的控制器以及所有的下游埠來使用。而對於每個下游埠，可以供給至少500mA的電流，而此時集線器最多可從上游埠消耗100mA。
3.低功率匯流排供電裝置
所有的電源均來自USB上游埠，每個下游埠在任一時刻最多能消耗一個單位的負載。在USB規格中，定義一個單位的負載是100mA。低功率匯流排供電裝置必須設計工作在低至4.40V的VBUS電源電壓，以及高達至5.25V的最高電壓。
4.高功率匯流排供電裝置
所有的電源均來自USB匯流排的上游埠，在啟動每個下游埠時，最多消耗一個單位負載（100mA），但在配置後最多可消耗5個單位負載（500mA）。高功率匯流排供電裝置必須能被偵測以及以最小的4.40V來裝置列舉。
5.自我供電裝置
裝置最多可從USB上游埠消耗一個單位負載（100mA），而其餘的電源再從外部的來源來驅動。當外部的電源失去時，其必須以替代方案來透過匯流排提供不超過1單位的負載電流。
[資料來源]
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