¿Cuál es la fuente de esta forma en mi diagrama de ojo USB?

No parece que sea un problema de hardware. La forma de onda escalonada parece que está ocurriendo un reflejo o está en la transición cuando el host y el dispositivo cambian los roles de remitente y receptor. En cualquier caso, la señal se ve lo suficientemente buena como para ser decodificada correctamente.

Ayudaría si coloca el gatillo de su alcance en algún lugar de la pantalla. Con el disparador fuera de la pantalla, es posible que obtenga más fluctuaciones aparentes de las que realmente hay en cualquier bit.

Necesita mirar su software cuidadosamente. Lo más probable es que tenga un error en algún lugar que corrompa o pierda o agregue un byte cuando ocurre un caso de esquina particular. Esto podría ser, por ejemplo, durante la contienda por el FIFO cuando le falta un byte para completarse o algo así. Si se está accediendo al FIFO tanto por código de interrupción como de primer plano, entonces este es exactamente el tipo de problema difícil de encontrar que espera cuando la lógica de bloqueo no es del todo correcta.

Esta es una señal FS absolutamente perfecta. Aparentemente, el OP prueba las señales en el extremo del dispositivo del cable. Las señales FS no están terminadas por el estándar USB. Todas las señales entrantes (controladas por host) están bien, ya que se miden en el punto de destino. Sin embargo, cuando el dispositivo devuelve un paquete de protocolo de enlace ocasional (ACK corto o NAK o de lo contrario), el controlador llega a la línea de transmisión. La señal de media amplitud (hombro) se desarrolla hasta que regresa el reflejo del extremo del host. Este es un comportamiento absolutamente normal de las señales en una línea de transmisión sin terminación. Como veo, el retraso de ida y vuelta es de unos 20 ns, o 10 ns de ida. Esto indica que el cable en uso tiene aproximadamente 2 m de largo o un cable estándar de 6 pies. Si el OP sondeara el bus en el extremo del host, vería una imagen opuesta. Solo mi 2c.

Estoy enviando datos en paquetes de 254 bytes. De vez en cuando (con un promedio de 1 en 17000 paquetes) la computadora host recibe datos incorrectos. Generalmente está restringido a un solo byte en el paquete.

¿Utiliza un FIFO? Si es así, verifique su código fuente: hay malos ejemplos de FIFO que realmente permiten leer un byte "malo".

La "forma de onda incorrecta" todavía está dentro de las especificaciones. Probablemente vea un reflejo cuando la PC envía datos. Esto será mejor cuando use un concentrador o use puertos traseros de PC de escritorio, y peor en los puertos frontales que están conectados por cables más largos dentro de una PC.