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USB 3.0

用於計算機連接的通用串行總線標準的第三個主要版本
The Super-Speed USB Logo
USB與Thunderbolt的速度比較表

USB 3.0[1],其USB速率模式稱爲「Super Speed」,是通用串列匯流排(Universal Serial Bus,USB)的第三個主要修訂版本。其主要技術標準有:支援全雙工,並採用發送列表區段來進行數據發包,供電標準為900mA,且理论上有支援光纤传输的潜力,傳輸速度為5Gbit/s。USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.1版本,并採用三級多層電源管理技術,可以為不同設備提供不同的電源管理方案。

USB 3.0採用新的封包路由傳輸技術,線纜設計8條內部線路,除VBusGND作為電源提供線外,剩餘3對均為數據傳輸線路其中保留D+與D-兩條兼容USB 2.0的線路,新增SSRXSSTX專為新版所設的線路,因此USB 3.0比USB 2.0多了數個觸點。USB 3.0的Standard-A接口繼續採用與早先版本一樣的尺寸方案,外观以蓝色区分,只是內部觸點有變化,新的觸點將會並排在目前4個觸點的後方。引入展頻時脈技術,降低電磁輻射的逸散。

Intel發表的xHCI已经可以支持USB3.0的接口,且向下兼容USB2.0的接口。Windows 8和後續的Windows作業系統都內建原生的USB 3.0支援。

目录

電磁干擾编辑

USB使用差動訊號進行資料傳輸,以USB 2.0爲例,要達成480Mbps的傳輸率,那麼其傳輸的差動訊號運作頻率須為240MHz,USB 3.0需要2.5GHz的差動訊號頻率方能達成5Gbps傳輸率。而爲了降低高運作頻率產生的電磁干擾,USB 3.0引入展頻時脈,將原本集中在2.5GHz頻率的能量,USB 3.0以2.5GHz為中心呈現正弦函數的絕對值分布,降低2.5GHz集中的能量,這樣下次出現能量集中的地方為三次諧波7.5GHz(也因這樣所以在USB 3.0線材規範中都有針對7.5GHz制定要求)。[2]

然而,2.5GHz的運作頻率與ISM頻段(2.412~2.462GHz)靠得太近,加上展頻時脈技術的緣故,原本單一的2.5GHz訊號的能量會延展成從直流到數GHz的頻寬干擾,令USB 3.0在運作時其電磁波訊號的能量會覆蓋ISM頻段的訊號,也無法使用濾波器過濾訊號。因此同一電路板上USB 3.0無法與藍牙、2.4GHz頻段的WLAN在相鄰不遠的情況下一同運作,而USB論壇針對此一現象,也僅能要求製造商將電磁遮蔽做好,從USB插槽、線材、直到外接裝置端都需要做屏蔽接地的動作,盡量壓低輻射出來的電磁波。[3][4]而實測表明USB 3.0與藍牙、2.4GHz的WiFi裝置在靠近的情況下,出現了斷流、連線中斷、傳輸效能明顯下降等情況,而將USB 3.0的連接點做好遮蔽,或者將藍牙、2.4GHz WiFi等裝置使用延長線連接並遠離USB 3.0裝置,同時運作的干擾問題明顯改善。[5]

USB 3.0與ISM頻段的電磁相容性問題,也間接令不少行動裝置(如智慧型手機)等沒有考慮對USB 3.0的支援,雖然也有少數智慧型手機支援USB 3.0(如三星Galaxy Note 3)。[6]

針腳定義编辑

 
USB 3.0 Standard-A
 
USB 3.0 Standard-B
 
USB 3.0 Micro-B
 
USB 3.0 Micro-B首五針跟USB 2.0相同
USB 3.0 Standard-A和Standard-B[7]
针脚编号 颜色 信号
(Type A)
信号
(Type B)
1 红色 VBUS
2 白色 D−
3 绿色 D+
4 黑色 GND
5 蓝色 StdA_SSRX− StdB_SSTX−
6 黄色 StdA_SSRX+ StdB_SSTX+
7 Shield GND_DRAIN
8 紫色 StdA_SSTX− StdB_SSRX−
9 橙色 StdA_SSTX+ StdB_SSRX+
USB 3.0 Powered-B[7]
针脚编号 信号 描述
1 VBUS POWER
2 D- USB 2.0 DIFFERENTIAL PAIR
3 D+
4 GND Ground for Power Return
5 StdB_SSTX- Superspeed transmitter differential pair
6 StdB_SSTX+
7 GND_DRAIN Ground for signal return
8 StdB_SSRX- Superspeed receiver differential pair
9 StdB_SSRX+
10 DPWR Power provided by device
11 DGND Ground return to DPWR

USB 3.1编辑

 
USB 3.1的官方標誌

USB 3.2 Gen 2×1SuperSpeed+,官方全名:SuperSpeed USB 10 Gbps)是基於USB 3.0(USB 3.2 Gen 1×1)改良推出的USB連接介面的最新版本。2013年底,負責制定USB 3.0規範的組織USB 3.0 Promoter Group公佈了下一代USB 3.1介面的標準規範。2014年4月,負責USB介面規範的USB開發者論壇(USB-IF)公佈了USB 3.1連接介面設計圖,包括Type-A、Type-B以及全新設計的Type-C[8][9][10][11][1]

標準的Type-A是目前應用最廣泛的USB介面,Type-B主要用於印表機傳真機等設備,而Type-C用於更輕薄、更纖細的手持設備。2017年後推出的智慧型手機,其充電傳輸接口幾乎都從之前的microUSB改為USB Type-C。

請注意,USB 3.1 Gen 2在2019年更名後的正確名稱為USB 3.2 Gen 2×1,而USB 3.0則更名為USB 3.2 Gen 1×1。

版本 名稱 頻寬 編碼 備註
USB 3.1 Gen 1 SuperSpeed 5 Gbit/s 8b/10b 與USB 3.0相同
USB 3.1 Gen 2 SuperSpeed+ 10 Gbit/s 128b/130b 新標準

歷史编辑

  • 2013年底,負責制定USB 3.0規範的組織USB 3.0 Promoter Group公佈下一代USB 3.1介面的標準規範。
  • 2015年,USB開發者論壇協會公告:“Cquote|USB 3.1更名為USB 3.1 Gen2,速度為10 Gbit/s (1250 MB/s)。這才是真的USB 3.1”。而USB 3.0更名為USB 3.1 Gen1。

與USB 3.0比較编辑

  • 理論最高傳輸速度由USB 3.0的5 Gbit/s提升為10 Gbit/s
  • 供電最大100W電壓電流都會提高
  • 新增Type-C介面,其插座和線材不會相容原有Type-A / Type-B
  • 降低編碼損耗,將編碼方式改為128b/132b,讓編碼損耗從原來3.0的20%降低為3%
  • 雖然向下相容USB 2.0/1.0,但如果要得到10Gb/s的傳輸速度仍需在主機、目標端同時具備對應的晶片才能達成

Type-C介面编辑

 
USB-C接頭

基於USB 3.1規範全新設計的USB Type-C,外觀上最大特點在於其上下端完全一致,這意味著用戶不必再區分USB正反面,兩個方向都可以插入。

USB Type-C介面尺寸為8.3×2.5毫米,小於當前PC的USB介面,但大於許多手機採用的尺寸6.85×1.8毫米的micro-USB介面。至於電力傳輸規格,線材標準為5A,而連接器為3A。

Type-C由於不相容現有的任何類型,因此需要額外設計轉接設備。全球首套USB 3.1主控端與裝置端原型,則由祥碩科技於2014年的USB-IF年會中發表,但因速度僅較USB 3.0快一倍(理論值,實際上不到一倍)。因此於2014年時,眾多大廠仍以主流規格USB 3.0為主及設備端廠商也極少願意跟進投入開發對應的USB3.1產品。[16]

USB Type-C還支援DisplayPort[17],功能與Thunderbolt看齊。

USB 3.2编辑

USB 3.2是2017年7月25日USB開發者論壇(USB Implementers Forum)宣佈基於USB 3.1改良推出的USB連接介面的最新版本,除了將傳輸速度從10Gbps倍增至20Gbps,也建議各裝置統一採用Type-C型式端子為主。此外USB 3.2也能向下相容於較舊的規範,無論是將USB 3.2裝置插入舊端子,或是將舊裝置插入USB 3.2端子,仍能以較低的速度正常運作。

版本 名稱 頻寬 編碼 備註
USB 3.2 Gen 1×1 SuperSpeed 5 Gbit/s 8b/10b 與USB 3.1 Gen 1相同
USB 3.2 Gen 1×2 SuperSpeed+ 10 Gbit/s 8b/10b 雙通道模式,需要USB 3.2電纜
USB 3.2 Gen 2×1 SuperSpeed+ 10 Gbit/s 128b/130b 與USB 3.1 Gen 2相同
USB 3.2 Gen 2×2 SuperSpeed+ 20 Gbit/s 128b/130b 雙通道模式,需要USB 3.2電纜

規格與USB 3.1比較编辑

  • 使用最新的type-C傳輸線,並可向下相容[18][19]。速度是USB 3.1的兩倍,允許兩條10Gbps傳輸通道, 所以傳輸速度達到20Gbps, 但只能在type-C傳輸線上產生效果。[20][21]
  • 雖然向下相容USB 2.0/1.0,但如果要得到20Gb/s的傳輸速度仍需在主機、目標端同時具備對應的晶片才能達成

技術突破编辑

  • USB 3.2成功於現有的USB Type-C傳輸線上實現雙通道,但仍繼續使用現有之SuperSpeed USB物理傳輸率及技術。[19]

参考资料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 johnpam (johnpam11). 改完又改USB 3.0/USB 3.1通通取消USB-IF更新命名規範全部納入「USB 3.2」 @ Johnpam just enjoy this beautiful life :: 痞客邦 ::. Johnpam just enjoy this beautiful life. [2019-03-09] (中文(台灣)‎). 
  2. ^ USB 3.0 隱藏缺陷 2.4GHz 射頻干擾 :原理、影響、解決一次看懂. techbang.com. 2013-12-17 (中文(台灣)‎). 
  3. ^ USB 3.0* Radio Frequency Interference Impact on 2.4 GHz Wireless Devices (PDF) 
  4. ^ Lynn, Samara. Wireless Witch: The Truth About USB 3.0 and Wi-Fi Interference. PCMag.com. 2013-09-05 [2014-07-14]. 
  5. ^ USB 3.0 隱藏缺陷 2.4GHz 射頻干擾 :原理、影響、解決一次看懂 page 4. techbang.com. 2013-12-17 (中文(台灣)‎). 
  6. ^ 手机厂商阉割Type-C接口的真相:影响手机信号!
  7. ^ 7.0 7.1 USB 3.0 Interface Bus, Cable Diagram.  100806 interfacebus.com
  8. ^ 正反皆可插,USB 3.1 Type-C樣式出爐. 
  9. ^ USB 3.1規格速度10Gbps、100W供電業界推出全新USB Type C介面標準規范. HKEPC. 
  10. ^ USB 3.1 SuperSpeed standard finalised. bit-tech. 
  11. ^ Render offers an early look at the new reversible USB Type-C cable. TNW. 
  12. ^ 正反皆可插,USB 3.1 Type-C樣式出爐. 
  13. ^ USB 3.1規格速度10Gbps、100W供電業界推出全新USB Type C介面標準規範. HKEPC. 
  14. ^ USB 3.1 SuperSpeed standard finalised. bit-tech. 
  15. ^ Render offers an early look at the new reversible USB Type-C cable. TNW. 
  16. ^ USB 3.1市場下半年起飛. 蘋果日報. 
  17. ^ http://www.pcworld.com/article/2686892/reversible-usb-type-c-wonder-cable-will-deliver-displayport-audio-and-video-too.html
  18. ^ USB.org - Documents. www.usb.org. [2017-10-19]. 
  19. ^ 19.0 19.1 USB 3.2正式公布:飆速!. XFastest News. [2017-10-22] (中文(台灣)‎). 
  20. ^ USB-IF USB 3.2 版公開,速度加倍但只有 Type-C 界面才享受得到. TechNews 科技新報. [2017-10-22] (中文(台灣)‎). 
  21. ^ USB 3.2 is the latest USB-C specification, because there weren’t enough already. The Verge. [2017-12-19]. 

外部鏈結编辑