为什么USB有4条线而不是3条线？

USB指定4个针脚：

1.   VBUS   +5V
2.   D-     Data-
3.   D+     Data+
4.   GND    Ground

为什么不是3？数据和权力不能共享共同点吗？我理解这D-是正确的D+吗？

不，D-不是地面。数据通过差分线发送，这意味着D-是的镜像D+，因此两条数据线都承载信号。接收器减去D-来自D+。如果两条导线都会拾取一些噪声信号，则减法将消除它。

因此，差分信号有助于抑制噪声。布线的类型也是如此，即双绞线。如果导线恰好平行，它们将形成一个（窄）环路，可能会吸收电磁干扰。但是由于扭曲，导线相对于磁场的方向不断变化。感应电流将被具有相反符号的电流抵消一半。
假设您在双绞线上垂直工作时遇到干扰。您可以将每半个扭曲看作是拾取干扰的一个小环。然后很容易看到下一个小循环看到了相反的字段（可以说是颠倒的），因此取消了第一个字段。每两对半弯曲都会发生这种情况。
接地电容也会产生类似的平衡效应。在双绞线中，一根导体对地的电容要比另一根导体高，而在双绞线中，每根导线的电容都相同。

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具有多类双绞线（如cat5）的电缆的每对绞线长度不同，以最大程度地减少串扰。

它是差分（或平衡）信号，而不是单端（不平衡）信号。

这意味着接收器“测量”它们之间的电压，而不是“地”和地之间的电压。
假设D +为2V，D-为1V。现在说电线吸收了一些外部噪声（RF，主电源嗡嗡声等），因为两根电缆绞在一起并且具有相同的阻抗，所以很可能两条电缆都吸收相同的噪声信号。
假设我们拾取了50mV的噪声。因此，现在D +的电压为2050mV，而D-的电压为1050mV，尽管它们之间的差仍然是1V（1000mV），这就是接收器会看到的。
如果使用单端电缆完成此操作，则D +（无D-）将为1050mV，并且接地仍将为0V，因此接收器将看到1050mV。

这有点过分简化（但将基本概念弄清楚了）-地面也可能会拾取一些噪声（或开始出现噪声），但是由于它与信号之间的阻抗不匹配，因此噪声量很大每条线上拾取的信号将有所不同，并且这种差异将在接收端看到。最初也可能存在（例如接地回路），这对于单端系统是一个大问题。
平衡连接中线路的阻抗对于良好的共模抑制（即，两个信号共同的信号的抑制）非常重要，因为只有在两条线路拾取的噪声量完全相同时，它才起作用。信号不必对称。但是，会产生噪声，只要它同时影响两个信号，那么共模抑制将非常好。

实际上，这曾经尝试过一次：Apple桌面总线（ADB）从1986年左右开始用于将键盘和鼠标连接到Apple Macintosh计算机，直到1997年Apple放弃了iMac使其用于USB。

它有四根线：5V，地线，数据线和电源开关。电源开关线仅用于键盘上的电源按钮，键盘将电源线接地，并告知电源启动机器。它必须是自己的电线，因此即使5V线断开也仍然可以工作。

除此之外，数据线承载的一切……非常缓慢。总线从未真正超越桌面设备总线，因为它不仅具有单端信号，而且具有长度限制（由于总线两端没有终接，因此会在总线端部产生反射）。

因此，英特尔决定对USB使用差分信号。如果您想知道购买差分信号的方法，请将单端RS-232总线与差分RS-422总线的噪声性能进行比较。在给定的误码率下，可以通过更长的电缆以更低的电源电压驱动RS-422。

为什么是这样？加长版在电磁课上讲了一天的演讲。简短的说法是，噪声信号将在差分对的两条线中感应出相同的电压，因此接收器端的比较器将其消除（它很好地抑制了共模电压）。单端线没有可比的保证，因为不能保证地线和信号线会拾取相同的噪声信号。接地甚至可能通过机箱接地连接，返回电流将采用完全不同的路径。

实际上，许多USB有5条线，而不是4条线。（第5条线用于协商谁是OTG应用程序的主设备。请注意，这仅限于微型和微型USB连接器。）

正如其他人已经指出的那样，D +和D-线是差分对。由于接收器可以忽略共模电压，因此差分对比单端信号具有更好的抗噪性。逻辑上，D +和D-线是单个信号。

我不能确切地说这是其中唯一考虑的因素，但这不是接地，而是为了消除EMI。的数据+/-线的双绞线承载差分信号。

就像在典型的家用电话线或网络电缆中找到的那样。

采用D + D-差分数据传输机制以减少受影响的噪声，因此可以大大增加传输带宽。

像USB一样，还有其他几种使用差分物理层的传输协议。例如RS485，以太网...

但是，即使具有差分数据，有时也要在USB中使用单端信号发送：数据包的末尾用单端零（SE0）信号发送，即D +和D-都处于低电平状态。此状态持续2位的时间。如果SE0持续10ms以上，则表示总线复位。

这种单端信号传输使USB对电磁干扰非常敏感，就像我最近在吹风机电机造成附近USB外设断开连接时发现的那样。而且没有有效使用共模滤波器，因为它们会降低SE0信号...另一个精心设计的标准...

超出逻辑具有USB规范的电气部分的要点概述这里（也PDF格式这里）：

... USB将差分传输对用于数据。它使用NRZI进行编码，并填充以确保数据流中有足够的过渡。

...

接收器将差分“ 1”定义为大于D-的D + 200mV，将差分“ 0”定义为小于D-的D + 200mV。信号的极性取决于总线的速度而反转。