USB PHY（Physical Layer）是USB通信系統中的一箇關鍵組件，負責將USB控制器的數據轉換成適合通過物理連接（如電纜）傳輸的信號。它的作用類似於以太網中的PHY（Physical Layer），負責數字信號和電氣信號之間的轉換。USB PHY支持不同的接口類型，包括ULPI（Ultra Low Pin Count Interface）和UTMI（Ultra-Thin MIPI Interface），其中ULPI接口需要的引腳較少，而UTMI接口需要的引腳較多。因此，是否內置PHY取決於具體的芯片設計和接口要求。例如，POWERPC的P2010芯片資料中定義使用ULPI接口，需要外置PHY；而E500MC系列芯片通常使用UTMI接口，內置PHY。USB PHY的主要功能包括：
USB FS/HS或者LS模式選擇
USB數據NRZI編碼和Bit Stuffer
將OTG並行數據轉換爲差分串行D-/D+數據
速度枚舉，J/K信號產生
USB PHY將USB控制器的數據按照USB標準協議編碼，然後轉換成串行差分數據，並通過D+/D-線發送出去。反之，對於從主機產生的數據，USB PHY進行解碼，然後傳送到USB控制器，最終到達DDR或SRAM等應用數據可以訪問的存儲器中。