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关于usb3.0硬件工程师需要关注的点有那些?

2019-10-01 07:06 次阅读

本文介绍下USB3.0相关知识,硬件工程师需要关注的点。

文章内容主要来源于USB官方(https://www.usb.org/)协议,协议本身内容太多,本文主要讲硬件工程师需要了解的重点做了一个汇总并分享出来。

USB3.0名称

USB3.0的名称是一个比较坑的事,历经USB3.1和USB3.2两次改名,下面先简单介绍一下。

江苏快3平台 在2013年,USB标准联盟USB-将所有的USB 3.X都叫USB3.1,包括USB3.1 Gen 1以及USB3.1 Gen2。USB 3.1 Gen 1就是USB3.0。

最近,USB-IF又将USB3.0和USB3.1并入USB3.2。

如上图

USB3.1 Gen 1和USB3.2 Gen 1都是USB3.0(5Gbps)

USB3.1 Gen 2和USB3.2 Gen 2都是USB3.1(10Gbps)

江苏快3平台 Usb3.2 Gen 2x2才是USB彩色文字3.2(20Gpbs)

江苏快3平台 所有,当我们看到产品标注是USB 3.1和USB3.2时,有可能就是在名称上面做文章,实际里面就是USB 3.0,需要仔细判断。

USB3.2将USB3.1和USB3.0收录之后,官方文档里面只能下载到USB3.2协议了,USB3.0的协议包含在其中。

江苏快3平台 USB3.0线缆及规范详见《USB 3.1 Legacy Cable and Connector Revision 1.0》

USB3.0

江苏快3平台 USB3.0接口有以下几种:USB3.0 A型,USB3.0 B型,USB3.0 Power-B型,USB3.0 cro USB等,如下图所示。

常用的USB A型接头与USB2.0的A型外观类似,不过里面的塑料是蓝色的,USB2.0的为白色的。如下图

Micro USB3.0分以下几种:

USB 3.0 Micro-A型插头

USB 3.0 Micro-B型插头

江苏快3平台 USB 3.0 Micro-B插座

USB 3.0 Micro-AB型插座

如下图实物照片:

公座与母座对接如下图:

可以看出,USB3.1 Micro-AB的母座能兼容USB3.1 Micro-A和USB3.1 Micro-B的插头。

江苏快3平台 注:上述USB3.1可看作USB3.0,前面已经说过,USB 3.0曾经改名为USB3.1 Gen1。线缆规范在USB-iF官网上面只能找到USB3.1的,并没有专门的USB3.0的。

江苏快3平台 USB3.0线缆

USB3.0关键信号总共8根,一对兼容USB2.0的差分信号,2对超高速差分信号,分别是发送差分对和接收差分对,如下图。UTP用于传输USB 2.0信号,另外两对屏蔽双绞线SDP用于超高速信号。

江苏快3平台 协议参考各个线芯的粗细如下图:

江苏快3平台 线缆的损耗与线芯的粗细关系如下图

最大线缆长度

与USB2.0相比,USB3.0协议并未规范USB3.0的线材长度,只要信号符合其规范要求都是可以的。查看某知名品牌USB3.0线缆,其线缆的最长长度为2m或者3m(光纤传输除外)。

因此建议正常使用,保证信号质量的话,用2m以内的长度比较靠谱。

线缆及连接器差分

江苏快3平台 USB3.0的线缆和连接器同样是要做差分阻抗的。

江苏快3平台 线缆的差分阻抗要求是90Ω±5Ω。

匹配连接器的差分对阻抗要求90Ω±10Ω。

电源供电能力

江苏快3平台 USB3.0的供电能力为900mA,USB2.0的为500mA。

USB3.0与USB2.0对比

USB3.0传输速率

USB3.0包含信号:5V,D-,D+,GND,SSTX+,SSTX-,SSRX+,SSRX-。

江苏快3平台 D-,D+即为USB2.0的,遵循USB2.0协议,这里不再赘述。

SSTX+和SSTX-为发送通道;SSRX+和SSRX-为接收通道。需要注意,USB3.0对接时,一边的TX接另外一边的RX,同UART串口一样。即SSTX+接到SSRX+,SSTX+接到SSTX-。

协议规定,USB3.0接口理论速度是5Gb/s,算上8b/10b的编码方式,即只有80%是有效数据,另外20%是协议开销,换算成Byte江苏快3平台,那么理论传输速度是500MB/s。再考虑到USB传输的几种方式:控制传输,中断传输,批量传输,同步传输。不同的传输方式,协议开销的代价肯定也不一样,肯定得相应的再次降低。

江苏快3平台 USB3.0等效速率

江苏快3平台 USB3.0的数据速率为5G/s,其编码方式为NRZI编码,等效为一个时钟周期传输2个Bit,因此其SSTX/SSRX通道等效时钟速率为2.5G/s。

江苏快3平台 眼图如下,可以看出,一个bit的周期是200ps:

USB3.0高速通道耦合电容

经常我们会看到USB3.0的接口中,是有串联电容的。这个电容容值在协议中也是有规定的。

如上图,发送端电容是必须要接的,容值范围为75nF-265nF之间,通常选用100nF电容。

江苏快3平台 接收端电容可以选择是否接入,如果接入的话电容范围为297nF-363nF,通常选用330nF电容。

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