關(guān)于usb3.0硬件工程師需要關(guān)注的點(diǎn)有那些？

本文介紹下USB3.0相關(guān)知識，硬件工程師需要關(guān)注的點(diǎn)。

文章內(nèi)容主要來源于USB官方（https://www.usb.org/）協(xié)議，協(xié)議本身內(nèi)容太多，本文主要講硬件工程師需要了解的重點(diǎn)做了一個(gè)匯總并分享出來。

USB3.0名稱

USB3.0的名稱是一個(gè)比較坑的事，歷經(jīng)USB3.1和USB3.2兩次改名，下面先簡單介紹一下。

在2013年，USB標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟USB-IF將所有的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又將USB3.0和USB3.1并入U(xiǎn)SB3.2。

如上圖

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）

Usb3.2 Gen 2x2才是USB彩色文字3.2（20Gpbs）

所有，當(dāng)我們看到產(chǎn)品標(biāo)注是USB 3.1和USB3.2時(shí)，有可能就是在名稱上面做文章，實(shí)際里面就是USB 3.0，需要仔細(xì)判斷。

USB3.2將USB3.1和USB3.0收錄之后，官方文檔里面只能下載到USB3.2協(xié)議了，USB3.0的協(xié)議包含在其中。

USB3.0線纜及連接器規(guī)范詳見《USB 3.1 Legacy Cable and Connector Revision 1.0》

USB3.0接口

USB3.0接口有以下幾種：USB3.0 A型，USB3.0 B型，USB3.0 Power-B型，USB3.0 Micro USB等，如下圖所示。

常用的USB A型接頭與USB2.0的A型外觀類似，不過里面的塑料是藍(lán)色的，USB2.0的為白色的。如下圖

Micro USB3.0分以下幾種：

USB 3.0 Micro-A型插頭

USB 3.0 Micro-B型插頭

USB 3.0 Micro-B插座

USB 3.0 Micro-AB型插座

如下圖實(shí)物照片：

公座與母座對接如下圖：

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

注：上述USB3.1可看作USB3.0，前面已經(jīng)說過，USB 3.0曾經(jīng)改名為USB3.1 Gen1。線纜規(guī)范在USB-iF官網(wǎng)上面只能找到USB3.1的，并沒有專門的USB3.0的。

USB3.0線纜

USB3.0關(guān)鍵信號總共8根，一對兼容USB2.0的差分信號，2對超高速差分信號，分別是發(fā)送差分對和接收差分對，如下圖。UTP用于傳輸U(kuò)SB 2.0信號，另外兩對屏蔽雙絞線SDP用于超高速信號。

協(xié)議參考各個(gè)線芯的粗細(xì)如下圖：

線纜的損耗與線芯的粗細(xì)關(guān)系如下圖

最大線纜長度

與USB2.0相比，USB3.0協(xié)議并未規(guī)范USB3.0的線材長度，只要信號符合其規(guī)范要求都是可以的。查看某知名品牌USB3.0線纜，其線纜的最長長度為2m或者3m（光纖傳輸除外）。

因此建議正常使用，保證信號質(zhì)量的話，用2m以內(nèi)的長度比較靠譜。

線纜及連接器差分阻抗

USB3.0的線纜和連接器同樣是要做差分阻抗的。

線纜的差分阻抗要求是90Ω±5Ω。

匹配連接器的差分對阻抗要求90Ω±10Ω。

電源供電能力

USB3.0的供電能力為900mA，USB2.0的為500mA。

USB3.0與USB2.0對比

USB3.0傳輸速率

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

D-，D+即為USB2.0的信號線，遵循USB2.0協(xié)議，這里不再贅述。

SSTX+和SSTX-為發(fā)送通道；SSRX+和SSRX-為接收通道。需要注意，USB3.0對接時(shí)，一邊的TX接另外一邊的RX，同UART串口一樣。即SSTX+接到SSRX+，SSTX+接到SSTX-。

協(xié)議規(guī)定，USB3.0接口理論速度是5Gb/s，算上8b/10b的編碼方式，即只有80%是有效數(shù)據(jù)，另外20%是協(xié)議開銷，換算成Byte，那么理論傳輸速度是500MB/s。再考慮到USB傳輸?shù)膸追N方式：控制傳輸，中斷傳輸，批量傳輸，同步傳輸。不同的傳輸方式，協(xié)議開銷的代價(jià)肯定也不一樣，肯定得相應(yīng)的再次降低。

USB3.0等效時(shí)鐘速率

USB3.0的數(shù)據(jù)速率為5G/s，其編碼方式為NRZI編碼，等效為一個(gè)時(shí)鐘周期傳輸2個(gè)Bit，因此其SSTX/SSRX通道等效時(shí)鐘速率為2.5G/s。

眼圖如下，可以看出，一個(gè)bit的周期是200ps：

USB3.0高速通道耦合電容

經(jīng)常我們會看到USB3.0的接口電路中，是有串聯(lián)電容的。這個(gè)電容容值在協(xié)議中也是有規(guī)定的。

如上圖，發(fā)送端電容是必須要接的，容值范圍為75nF-265nF之間，通常選用100nF電容。

接收端電容可以選擇是否接入，如果接入的話電容范圍為297nF-363nF，通常選用330nF電容。