USB超高速3.0/3.2 USB3.0信号定义
时间:2022-10-06 08:30:00
USB 3.0,其USB速度模式称为速度模式Super Speed是通用序列总线(Universal Serial Bus,USB)第三个主要修订版本。主要技术标准有:支持全双工,数据发包采用发送列表段,供电标准900mA,传输速度为5Gbit/s。USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.采用三级多层电源管理技术,可为不同设备提供不同的电源管理方案。
USB 3.0采用新的数据包路由传输技术,线缆设计8条内部线路,除VBus和GND剩余的3对数据传输线作为电源提供线-保留D 与D-两条兼容USB 2.0线路,新增专为新版设计的线路SSRX与SSTX,因此USB 3.0比USB 2.0多个触点。USB 3.0的Standard-A接口继续采用与之前版本相同的尺寸方案,接头采用蓝色外观(USB 2.0 Standard-A接口采用黑色外观),只是内部触点有变化,新的触点将会并排在目前4个触点的后方。引入扩频时脉技术,减少电磁辐射的逸散。
Intel发表的xHCI规范支持USB3.0接口,向下兼容USB 2.0的接口。Windows 8和后续的Windows本地操作系统内置本地操作系统USB 3.0支持。
USB3.改进0电磁干扰
USB使用差分信号传输数据USB 2.例如,要达到480Mbps传输率为240MHz,USB 3.0需要2.5GHz差分信号频率只能达到5Gbps传输率。为减少高运行频率产生的电磁干扰,USB 3.0引入扩频,原本集中在2.5GHz能量的频率,USB 3.0以2.5GHz为中心呈现正弦函数的绝对分布,减少2.5GHz集中能量,下次能量集中的地方是三次谐波7.5GHz(也因为如此USB 3.70线材规范.5GHz制定要求)。
然而,2.5GHz和ISM频段(2.412~2.462GHz)靠得太近,再加上扩频时脉技术,原本单一的2.5GHz信号的能量将从直流延伸到数字GHz的带宽干扰,令USB 3.其电磁波信号的能量在运行过程中会被覆盖ISM滤波器不能过滤频段的信号。所以在同一个电路板上USB 3.0不能和蓝牙,2.4GHz频段的WLAN在不远的相邻情况下一起工作,USB针对这一现象,论坛只能要求制造商从USB插槽、电线、直到外部设备端都需要做屏蔽接地的动作,尽量减少辐射的电磁波。而实测表明USB 3.0与蓝牙、2.4GHz的WiFi当设备靠近时,会出现断流、连接中断、传输性能明显下降等情况USB 3.覆盖0的连接点,或覆盖蓝牙和2.4GHz WiFi等设备用延长线连接,远离USB 3.0设备,同时运行干扰问题明显改善。
USB 3.0与ISM频段的电磁兼容性也间接导致许多移动设备(如智能手机)不考虑正确性USB 3.0的支持,虽然有一些智能手机支持USB 3.0(如三星Galaxy Note 3)。
USB3.0引脚定义
USB 3.0 Standard-A和Standard-B
针脚编号 | 颜色 | 信号 (Type A) | 信号(Type B) |
---|---|---|---|
1 | 红色 | VBUS | VBUS |
2 | 白色 | D? | D? |
3 | 绿色 | D | D |
4 | 黑色 | GND | GND |
5 | 蓝色 | StdA_SSRX? | StdB_SSTX? |
6 | 黄色 | StdA_SSRX | StdB_SSTX |
7 | Shield | GND_DRAIN | GND_DRAIN |
8 | 紫色 | StdA_SSTX? | StdB_SSRX? |
9 | 橙色 | StdA_SSTX | StdB_SSRX |
USB 3.0 Powered-B
针脚编号 | 信号 | 描述 |
---|---|---|
1 | VBUS | POWER |
2 | D- | USB 2.0 DIFFERENTIAL PAIR |
3 | D | USB 2.0 DIFFERENTIAL PAIR |
4 | GND | Ground for Power Return |
5 | StdB_SSTX- | Superspeed transmitter differential pair |
6 | StdB_SSTX | Superspeed transmitter differential pair |
7 | GND_DRAIN | Ground for signal return |
8 | StdB_SSRX- | Superspeed receiver differential pair |
9 | StdB_SSRX | Superspeed receiver differential pair |
10 | DPWR | Power provided by device |
11 | DGND | Ground return to DPWR |
第一个是前四个,即向下兼容USB2.0部分。因为USB2.0传输半双工差分信号,因此至少需要3条线来传输数据——D /D-/地线(两条数据线上下共用),加上正极供电红线,共4条。
后五个是USB3.由于0的高速数据传输线USB3.0传输全双工差分信号,需要两对数据线和一条屏蔽地线。
USB 3.1
USB 3.1 Gen 2×1(SuperSpeed ,官方全名:SuperSpeed USB 10 Gbps)是基于USB 3.0(USB 3.1 Gen 1×1)推出改进USB最新版本的连接接口。2013年底负责制定USB 3.0规范的组织USB 3.0 Promoter Group宣布下一代USB 3.1接口的标准规范。2014年4月,负责USB接口规范的USB开发者论坛(USB-IF)公布了USB 3.1连接接口设计图包括Type-A、Type-B全新设计Type-C。
标准的Type-A目前应用最广泛USB接口,Type-B主要用于打印机、传真机等设备,Type-C用于更轻薄、更纤细的手持设备。2017年后推出的智能手机,其充电传输接口几乎都从之前的microUSB改为USB Type-C。
请注意
USB 3.1 Gen 2019年更名后的正确名称为USB 3.2 Gen 2×1,而USB 3.0则更名为USB 3.2 Gen 1×1。
版本 | 名称 | 带宽 | 编码 | 备注 |
---|---|---|---|---|
USB 3.1 Gen 1 | SuperSpeed | 5 Gbit/s | 8b/10b | 与USB 3.0相同 |
USB 3.1 Gen 2 | SupeSpeed+ | 10 Gbit/s | 128b/132b | 新标准 |
USB 3.1历史
- 2013年底,负责制定USB 3.0规范的组织USB 3.0 Promoter Group公布下一代USB 3.1接口的标准规范。
- 2014年4月,负责USB接口规范的USB开发者论坛(USB-IF)公布USB 3.1连接接口设计图,包括Type-A、Type-B以及全新设计的Type-C
- 2015年,USB开发者论坛协会公告:“USB 3.1更名为USB 3.1 Gen2,速度为10 Gbit/s (1250 MB/s)。这才是真的USB 3.1”。而USB 3.0更名为USB 3.1 Gen1。
- 2019年,华硕推出ROG Phone II,成为全世界第一部支持USB 3.1 Gen2的手机。
USB 3.1与USB 3.0比较
- 理论最高传输速度由USB 3.0的5 Gbit/s提升为10 Gbit/s
- 供电最大100W,电压和电流都会提高
- 新增Type-C接口,其插座和线材不会兼容原有Type-A / Type-B
- 降低编码损耗,将编码方式由8b/10b改为128b/132b,让编码损耗从原来3.0的20%降低为3%
- 虽然向下兼容USB 2.0/1.0,但如果要得到10Gb/s的传输速度仍需在主机、目标端同时具备对应的芯片才能达成
1 速度
3.0的速度是5GT/s,3.1是10GT/s,可以理解为传输速度翻倍,但是实际速度就不是翻倍了,因为编码方式的更换,实际有效速度翻了一倍不止。
2 Type-C
需要注意的是,Type-C只是一种接口,和USB的版本没有任何关系,就像现在大部分手机的Type-C还是2.0的一样。但是3.1的微型接口方案一般都是Type-C,某些空间充足的地方也用Type-C来表现自己的先进性,也给广大用户一种3.1=Type-C的错觉。
3 编码方式
3.0的编码方式是8b/10b,也就是每10位数据中只有8位是有效数据,剩下2位是编码时额外加入的,作用是代替时钟信号线来表示时钟信号用于同步。而3.1的编码方式换成了128b/132b,也就是132位数据中只有4位是无效的,这样的编码方式有助于提高效率,所以3.0的有效速度是500MB/s,而3.1的有效速度达到1.212GB/s,而传输速率只是翻倍。
另外说一下,PCI-E1.0和2.0也是8b/10b,3.0及即将到来的4.0换成了128b/130b,比128b/132b还要高效。雷电3也是PCI-E 3.0,所以也是如此编码的。
4 颜色
3.1母口和公头的塑料结构的颜色由3.0的蓝色换成蓝绿色,这并不是强制的,厂商愿意做成红的或者黑的都没什么问题,只是一定要注明是3.1Gen.2,要不然和咸鱼有什么区别。
5 供电
官方的说法是提高到100瓦,至于实际还是得看设备厂商,毕竟让两根细线传输20安培也不现实,提高电压的话还要看设备之间的适配。
二者的区别大概就是这些。剩下的引脚定义之类的基本上完全相同。
Type-C接口
主条目:USB Type-C
基于USB 3.1规范全新设计的USB Type-C,外观上最大特点在于其上下端完全一致,这意味着用户不必再区分USB正反面,两个方向都可以插入。
USB Type-C接口尺寸为8.3×2.5毫米,小于当前PC的USB接口,但大于许多手机采用的尺寸6.85×1.8毫米的micro-USB接口。至于电力传输规格,线材标准为5A,而连接器为3A。
Type-C由于不兼容现有的任何类型,因此需要额外设计转接设备。全球首套USB 3.1主控端与设备端原型,则由祥硕科技于2014年的USB-IF年会中发表,但因速度仅较USB 3.0快一倍(理论值,实际上不到一倍)。因此于2014年时,众多大厂仍以主流规格USB 3.0为主及设备端厂商也极少愿意跟进投入开发对应的USB3.1产品。
USB Type-C还可集成DisplayPort、Power Delivery、Thunderbolt。
USB 3.2
USB 3.2是2017年7月25日USB开发者论坛(USB Implementers Forum)宣布基于USB 3.1改良推出的USB连接接口的最新版本,除了将传输速度从10Gbps倍增至20Gbps,也建议各设备统一采用Type-C型式端子为主。此外USB 3.2也能向下兼容于较旧的规范,无论是将USB 3.2设备插入旧端子,或是将旧设备插入USB 3.2端子,仍能以较低的速度正常运作。
版本 | 名称 | 带宽 | 编码 | 备注 |
---|---|---|---|---|
USB 3.2 Gen 1×1 | SuperSpeed | 5 Gbit/s | 8b/10b | 与USB 3.1 Gen 1、USB 3.0相同 |
USB 3.2 Gen 1×2 | SuperSpeed | 10 Gbit/s | 8b/10b | Type C 接口 |
USB 3.2 Gen 2×1 | SuperSpeed+ | 10 Gbit/s | 128b/132b | 与USB 3.1 Gen 2相同 |
USB 3.2 Gen 2×2 | SuperSpeed++ | 20 Gbit/s | 128b/132b | 双通道模式,需要USB 3.2电缆,Type C 接口 |
与USB 3.1比较
- 使用最新的Type-C传输线,并可向下兼容。速度是USB 3.1 Gen2的两倍,允许两条10Gbps传输通道,所以传输速度达到20Gbps,但只能在Type-C传输在线产生效果(并非所有Type-C传输线都支持USB 3.2 Gen2x2,一些Type-C传输线只支持到USB 2.0,或只支持到USB 3.1 Gen2)。
- 借鉴了PCI Express的通道(Lane)设计。USB 3.2 Gen2x2因为使用了两条通道的设计,必须使用Type-C传输线。
- 虽然向下兼容USB 2.0/1.0,但如果要得到20Gb/s的传输速度仍需在主机、目标端同时具备对应的芯片才能达成。
- 技术突破
- USB 3.2成功于现有的USB Type-C传输线上实现双通道,但仍继续使用现有之SuperSpeed USB物理传输率及技术。