USB4.0是指什么接口？_ZNDS问答

llxilyf

USB4.0是指什么接口？

免费拿物联网模块！！！

一、前言
USB接口在短距离硬件通信和硬件供电等各个方面具有着不可取代的作用，我们的生活质量也在新技术中的得到提高，加之USB Type-C技术的普及，USB又重新站在了风口浪尖上。为此，本文主要对USB发展历程、USB4.0线序图、USB4.0优点等方向进行分析讲解。

二、USB技术发展
1.USB 1.0
USB1.0的传输速度只有1.5Mb/s，经过技术人员几百个日夜的努力下，USB1.0在1998年版本升到了为USB 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，USB1.1的高速传输方式的传输速率为12Mbps，即传输速率为1.5MB/s。
2.USB 2.0
USB2.0的传输速率达到了480Mbps，即为60MB/s，USB 2.0的驱动程序可以驱动USB1.1，并且能够和USB1.1兼容。
对于我们的研发工程师而言，在设计、研发USB2.0硬件接口产品的过程中，主要的难度在于：需要掌握复杂的USB2.0协议，自己开发USB设备的驱动程序，以及还需要了解相应的ARM、FPGA、Linux等的程序编写。
3.USB 3.0
USB3.0在完美条件下的极限传输速率为5.0Gbps，但在生活中只能达到极限状态值的80%，那也相当于USB 2.0的极限传输速率值的10倍，传输速率显著提升。USB3.0在物理层采用8b/10b的编码方式，这样算下来的极限传输速率也就4Gbps，在现实环境中的传输速率的基础上相较而言还会再少一些。
4.USB 4.0
USB4.0协议是2019年发布的，在硬件接口上，最新一代的USB4.0采用了Type-C的硬件接口，它本质上是使用的Intel公司的雷电3（Thunderbolt3）技术，也支持USB标准，能够兼容Thunderbolt3、USB3.2、USB3.1及USB2.0等协议。

随着各种移动端设备向轻薄化、便携化方向发展，加上USB4. 0也使用了Type-C接口，以后的设备接口选型方向，将会统一采用USB4.0协议的Type-C接口。
USB经过二十几年的发展，已经从最初USB1.0的1.5Mbps提升到今天USB4.0的40Gbps。

三、USB4.0硬件线序图
1.母头

2.公头

以后的硬件设备接口会使用现在的Type-C接口，它具有丰富的接口资源，满足我们的各种应用场景需求。
四、USB4.0的优点
1.传输速度快
2.体积小
3.供电能力更强
4.扩展性更强，接口更丰富
五、总结
在科技快速进步的日子，USB已经在我们的生活中随处可见，它给我们带来的极大的便利性，不管是现在仍在沿用的USB3.0，还是正在逐步被淘汰USB2.0,他们都承载着人们日益变化的需求，那些通过USB传输的数据中，不管是在工作中产生数据，还是记录生活的视频片段、照片，都真实地见证时代的发展。
在今天，全人类每年产生的数据量高达59ZB，USB4.0的产生降低了我们转移大文件的时间，让我们有更多的时间去处理我们想要的文件。但是，现在网上的数据量太多，其中无用的数据比比皆是，也会让我们在数据选取上造成困扰，有时我们也会思考，到底什么数据才是正确的，同时在该方面增加我们的时间成本。

USB4.0是2019年发布的规范文档，是基于 Thunderbolt 3 协议，使用Type C接口，支持USB、DP、PCIe功能。USB4和DisPlayPort 2.0融合在一起，USB Type-C接口可以转换为DP2.0模式，用来传输音视频信号。

图片来源于网络如何支持USB、DP、PCIe三种信号协议？在三种之间进行切换？文档给出的是Tunnel 技术，这样就可以最大限度发挥物理带宽性能。

外部设备收到来自USB4接口的数据，USB 2.0数据传输给USB 2.0功能模块，USB3上行端口适配器分离出USB 3.2数据传递给增强型超速功能模块，PCIe上行端口适配器分离出PCIe数据传递给PCIe功能模块，DisplayPort输出适配器分离出视频信号给DisplayPort显示模块。这样USB4主机就可以和外部设备（比如固态硬盘，移动硬盘，显示器等）之间进行传递文件和显示视频等功能。

这个技术让我想起Type C支持的拓展模式Alternate Mode。

规范文档文末，给出使用Tunnel 技术，USB链路的带宽：

对前面的1485/1537/1169/1259 ns延迟时间的计算，理解得不够，这边做个记录，后面等其他串行信号学习总结后，再做比较和理解。

USB3.0链路给出的损耗指标：

需要注意的，Device部分的2~3inch PCB 走线，之所以给出的是一个范围，是因为2.5dB包含芯片封装和寄生效应。

这个是2008年提的一个标准。等到2012年，为了增加设备端的损耗裕量，将总损耗提高了4dB，用以终端设备损耗裕量提高。

针对Gen1和Gen2不同速率链路，各部分损耗标准做了细分，同时针对不同的接口形式也给出细化指标：

以上这些是在USB3.1版本的文档给出的相关量化数据。

2021 DesignCon 关于USB部分的技术文档，也给出了相关量化指标：

有消费类产品就是使用的上面的标准。

等到USB4规范文档，这里面的协和USB4有一些不同：

前文也给出过，针对Repeater中继器给出的相关标准：

会发现，相关的指标比较多，针对各种应用选择有的不同细化指标，这取决于你设计的产品和应用。

串行信号的测试，都会使用测试夹具（Fixture）。USB4规范文档这里面针对测试夹具的指标：5GHz时为 0.5dB ± 0.25 dB，在10 GHz 时为1dB ± 0.25 dB。

夹具的目标单端阻抗应为 42.5 Ω，也就是85Ω的差分阻抗。

针对Gen 2 和Gen 3 测试的标准和测试点的选择都是不同的，做了细分。

链路测试点示意图：

测试指标也做了细分，即使是Gen2速率下，测试指标也有所不同：

针对链路，满足相关的测试指标，给出均衡参数配置，以此来找到最优的值：

USB4设计没有做过，也没有看到最新的设计方面的文档。关于USB4设计方面的管控，可以参考USB3.2设计方面的相关指标：

Stub Gen 2 ＜ 381um;

USB3.2针对AC 耦合电容 100nF(75~265nF)，USB4这里给出的范围是135~265 nF;
反焊盘的处理:

参考文献：
Universal Serial Bus 4 (USB4™)Specification
Preparing to test and avoid pitfalls in your USB4 implementations

USB系列文档：

USB4 Type-C 雷电4可以简单这样理解
1，USB4和雷电4都是接口数据传输协议，协议决定着传输内容，速度等，2者都采用Type-C这个物理接口。
2，USB4可以简单理解为雷电4的低配版。
至于他们在数据传输上的差异，可以看这篇干货文章，梳理的比较清楚了。
https://zhuanlan.zhihu.com/p/335407560

USB4主要特性

1、采用Type C外观形态，并且向下兼容USB3.2/3.1/3.0等；
2、最大传输速度提升到40 Gbps，相比上一代的USB 3.2 Gen 2×2足足提高了一倍；
3、视频传输协议升级为DisplayPort 2.0，支持8K@60Hz+HDR10视频的实时传输；
4、最高支持100W PD供电，涵盖大部分设备的充电功率，解决外接设备过多供电不足的问题；
5、USB4成本飙升，但价格会远低于雷电3，且向下兼容现有的雷电3设备。
USB4与雷电4的区别
无论雷电4还是USB4，均基于前代雷电3接口底层协议打造，最高速率都是40Gbps，同样使用Type C接口，支持高速数据传输和视频/音频传输，同时还兼具DP、HDMI、VGA、PD快充等功能，可以外接显示器、声卡、显卡等多种扩展设备。换句话说，两者可实现互补兼容，实现真正的&#34;一口化&#34;。
而两者的不同之处在于USB4.0接口拥有更广泛的通用性，设备要求更低，而雷电4接口的性能“下限”相比USB4.0则有着较大幅度的提高，并且拥有更为严格的产品功能、验证测试、认证要求，是现阶段最全面的接口协议，这也意味着支持雷电4的设备体验更出色。

苹果不久前发布的三款采用M1芯片的新Mac产品，你入手了吗？
听说新Mac换回了苹果自研芯片，重新展示了令人满意的性能和功耗表现；除此之外，这几款Mac 作为首批搭载全新USB4规范的设备，它们的接口也变成了「雷雳/USB4」。
雷电3 数据线那么，这个全新的USB规范到底是个啥呢？USB4 全名为Universal Serial Bus Generation 4，基于英特尔和苹果联合开发的数据传输技术“ Thunderbolt 3”，USB4 的数据传输速度高达40 Gbps，该速度是最新发布的USB 3.2（Gen2×2）的两倍。全新的USB4规范将拥有更快的传输速度、更好的视频带宽管理以及对雷电3设备的兼容性，此外它还肩负着USB标准化组织(USB-IF)要规范USB协议命名的重任。
关于USB4的命名？今年USB4的标准写法是“USB4”，而不是“USB 4”，没有空格。对于这一点，USB Promoter Group首席执行官布拉德·桑德斯（Brad Saunders）解释说，删除空格的目的是将重点从版本号转移到品牌名称上。
那么USB4都有什么功能上的特点呢？
1. USB4 只采用USB Type-C 连接器且支持双通道传输；而过去的连接器（如USB Type-A 或Micro-B），仅支持单通道传输，无法支援USB4。2. USB 传输速度最大能达到40 Gbps (20Gbps x2)，并可同时传送DisplayPort 影音；旨在将多种协议组合到单个物理接口，可以动态共享USB4 架构的整体速度和性能。3. 向下兼容USB 2.0 与USB 3.2，可支持Thunderbolt 3。
总结一下，基于雷电3协议进行开发的USB4.0，传输速率最高可达40Gbps，最高能提供100W电力，可外接多个设备！同时，它采用的Type-C接口向下兼容现有的雷电和USB规范，这给未来各类电子设备的接口应用，提供了最强大的技术支持。可能这时候你会疑惑，那 USB4 跟雷电 3 是不是就完全一样了呢？不完全是。USB4 实际分为 20Gbps 和 40Gbps 两个版本。市面上出售的带有USB4 接口的设备，可能提供的是雷电 3 速度的 40 Gbps，也可能是缩水版本的 20Gbps。如果你想买最高传输速度，也就是40 Gbps的设备的话，最好在买之前查清楚规格。

		自动登录	找回密码
密码			立即注册

USB4.0是指什么接口？

相关问题更多>

最新回答