USB 之传输编码格式 NRZI 介绍

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

RZ 编码（Return- to - zero coding）

RZ 编码，简单的来说，就是在每一位普通的编码后面加了一个零电平。所以叫做归零编码，正电平代表1，后面再接一个0电平，告诉接收器该同步了，负电平代表0，然后又接一个0电平。
如下图所示

可以看到，每一位后面都接了一位0电平，所以接收器在接收到 0 以后采样即可，这样就不用单独的时钟信号，实际上，RZ编码就相当于把时钟信号用 0 编码在数据之内，这样的信号也叫自同步（self-clocking）信号。
这样的做法虽然在物理上少了一根时钟线，但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

这样做虽然我们带宽不浪费了，但是我们的时钟线的同步信号又要另外给。

第三种演变，NRZI（Non - Return - to - Zero - Inverted - code） 非归零翻转编码

和NRZ 编码不同的是，NRZI 编码利用的电平的翻转来代表一个逻辑，当前电平相对于前一个电平不变代表1，当前电平相对于前一个电平相反代表0
USB 的传输就是用的 NRZI 编码格式，再USB 中，电平翻转代表逻辑0，电平不变代表逻辑1

如下图所示：

数据同步问题

再回到同步的问题。
NRZ 和 NRZI 都没有同步的特性，但是，可以用一些比较特殊的技巧来解决，比如，先发送一个同步头，内容是0101010, 让接受着通过这个同步头来计算发出的频率，然后再用这个频率去接受之后的数据信号。

再USB 中，每一个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，这个域通过 NRZI 编码后，就是一个正负正负的方波，接收者可以通过这个方波计算频率，然后同步后面的数据

此外，因为在USB的NRZI编码下，逻辑0会造成电平翻转，所以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。

但是，这样还会有一个问题，然后接收者可以主动和发送者之间频率匹配，但是两者之间总会有误差，假如数据时1000个逻辑1，经过 NRZI 编码后，很长时间都是同一个电平，这种情况下，即使接收者和发送者之间的频率相差千分之一，就是造成采样 999 个1或者是1001 个1.

USB 对这种问题的解决方法就是强制插一个0， 也就是传说中的 bit-stuffing,如果输出的数据中有7个连续的1，发送前就会在第6个1后面强制插入一个0，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之后的那个0，就可以恢复原有的数据。