USB 之传输编码格式 NRZI 介绍

NRZI （Non-Return-to-Zero Inerted code） 非归零翻转编码，以前，我先稍微记录一下他的前身

RZ 编码（Return- to - zero coding）

　　RZ 编码，简单的来讲，就是在每一位普通的编码后面加了一个零电平。因此叫作归零编码，正电平表明1，后面再接一个0电平，告诉接收器该同步了，负电平表明0，而后又接一个0电平。 以下图所示。

　　能够看到，每一位后面都接了一位0电平，因此接收器在接收到 0 之后采样便可，这样就不用单独的时钟信号，实际上，RZ编码就至关于把时钟信号用 0 编码在数据以内，这样的信号也叫自同步（self-clocking）信号。 这样的作法虽然在物理上少了一根时钟线，可是在带宽上确有一大部分都用在归零上面了。

第二种演变，去掉归零 NRZ （Non - Return - to - Zero - code）编码，就是讲 RZ 编码的归零去掉

　　NRZ编码既是将逻辑1编码做为一个DC电平，逻辑0作为另外一个DC电平。它与RZ码的区别就是它不用归零，也就是说，一个周期能够所有用来传输数据，这样传输的带宽就能够彻底利用。通常常见的带有时钟线的传输协议都是使用NRZ编码或者差分的NRZ编码。所以，使用NRZ编码若想传输高速同步数据，基本上都要带有时钟线，由于自己NRZ编码没法传递时钟信号。但在低速异步传输下能够不存在时钟线，但在通讯前，双方设备要约定好通讯波特率，例如UART。

NRZ通常用于设备内的信号传输，对于串行传输，它有许多缺点：

（1）数据自己不携带时钟信息，所以不能自定时（即这样作虽然咱们带宽不浪费了，可是咱们的时钟线的同步信号又要另外给。）；此外，一个全是1或全是0的长串编码结果就是一个固定的电平，没有跳变。

（2）它的DC份量随着数据流内容的变化而变化，低频内容每每占主导地位。

        因为这些缘由，除了低速短距离通信，好比SPI等 外，NRZ不多用于串行传输。

第三种演变，NRZI（Non - Return - to - Zero - Inverted - code） 非归零反相编码

　　和NRZ 编码不一样的是，NRZI 编码利用的电平的翻转来表明一个逻辑，当前电平相对于前一个电平不变表明0，当前电平相对于前一个电平相反表明1， USB 的传输就是用的 NRZI 编码格式，在USB 中，电平翻转表明逻辑1，电平不变表明逻辑0。限定最大0的数目，NRZI就能够实现自定时能力。好比，将全0的同步码反向，因而产生连续的跳变，这样便于PLL锁定。NRZI频谱依然有一个相对较高的低频份量，且它的直流份量也不是自由的（反转用0或是1，并非必定的）。

 

 

数据同步问题

　　NRZ 和 NRZI 都没有同步的特性，可是，能够用一些比较特殊的技巧来解决，好比，先发送一个同步头，内容是0101010, 让接收着经过这个同步头来计算发出的频率，而后再用这个频率去接收以后的数据信号。

　　在USB 中，每个USB的数据包，最开始的时候都有一个同步域，这个域定义为 0000 0001，这个域经过 NRZI 编码后，就是一个正负正负的方波，接收者能够经过这个方波计算频率，而后同步后面的数据。

　　此外，由于在USB的NRZI编码下，逻辑1会形成电平翻转，因此接受者在接收数据时，根据接收的翻转信号调整频率，保证数据传输正确。

　　可是，这样还会有一个问题，接收者能够主动和发送者之间频率匹配，可是二者之间总会有偏差，假如数据是1000个逻辑0，通过 NRZI 编码后，很长时间都是同一个电平，这种状况下，便是接收者和发送者之间的频率相差千分之一，就是形成采样 999 个0或者是1001 个0。

　　USB 对这种问题的解决方法就是强制插一个1，规定为传输6个0后在数据中插入一个1，即发送前就会在第6个0后面强制插入一个1，就让发送的信号强制出现翻转，从而强制接受者调整频率，接受者只要删除6个1以后的那个0，就能够恢复原有的数据。