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USB项目培训 1 培训内容 USB历史版本比较USB3 1最新Type C介绍USB版本标志及接口认识USB3 1TYPE C未来市场前景USB3 1TYPE C产品的生产难度USB规格及标准认识USB3 1标准成品线方案USB3 1测试及认证 2 培训要求 1 学会区分USB各种接头2 熟悉2 0 3 0 3 1的线材规格3 熟悉USB3 1Type C的新特性4 熟悉USB3 1的使用长度限制其它内容了解一下就可以了 3 USB历史版本比较 4 USB是英文UniversalSerialBus的缩写 中文含义是 通用串行总线 1Gbps 1024Mbps1A 1000mA USB3 1Type C介绍 5 目前USB最新版本为3 1 有Type A和Type B接口 另新增Type C 24PIN 的接口 目前只有Type CTOType C的连接线能达到10Gbps的传输速率 USB3 1Type C介绍 6 信号理论传输速度 10Gbps 未来可达20Gbps 最高支持影音传输4094 2304 30FPS的4K显示 最高电力供应20V 5A 100W 充电速度更快 可以不分方向正反插 接口友好易用 1 2 3 4 USB3 1Type C优势 USB3 1Type C介绍 7 USB3 1TypeC的应用 USB版本标志及接口认识 8 USB版本标志 用于USB2 0及以下版本 用于USB3 0 3 1 9 USB版本标志及接口认识 除了Type C接头外 USB还有如下的接头类型 10 USB版本标志及接口认识 USB2 0 USB3 0常用接头 11 USB版本标志及接口认识 USB2 0A公最常用的接口 广泛用于电脑主板上 USB2 0B公 用于打印机连接 USB2 0MicroB公 最常用的接口 广泛用于手机充电接口 USB2 0MiniB公 比MicroB公略大 应用不多 一些玩具 U盾上有用到 USB2 0常用接头 12 USB版本标志及接口认识 USB3 0A公最常用的接口 广泛用于电脑主板上接口默认用蓝色的胶 USB3 0B公 用于打印机连接接口默认用蓝色的胶 USB3 0MicroB公 目前三星的一些手机有配易用性较差 应用比不上2 0的MicroB公 USB3 1包括以上三种3 0的接口 另外新增一款Type C的接口 USB3 0 3 1常用接头 13 USB版本标志及接口认识 4 5mm 4 7mm 1 8mm 4 0mm 10 4mm 2 4mm 接口厚度对比 USBType A DisplayPort USBMicroB Power 纤薄USB3 1Type C USBType B USB3 1Type C未来市场前景 14 2015年3月 欧洲议会全体会议以550票支持 12票反对的表决通过一项立法草案 在2017年强制统一移动设备的充电器接口标准为USB3 1Type C接口 USB3 1除了电脑领域外 手机 平板也会在明年全速普及 而这项技术也是得到Intel 谷歌 微软及苹果的支持 目前市面上的诺基亚平板N1 苹果新MacBook笔记本 谷歌AndroidM手机等设备已配备了Type C接口目前移动设备中更新更换频率最高的就是智能手机 其次是平板 笔记本 最后是台式电脑 当下的智能手机高端一些基本都是配高通的810CPU 夏普的屏幕 索尼的摄像头 三星的内存这些顶级的配置 而电池技术目前没有突破 外观设计也难以突破 再加上现在很多手机支持4K拍摄 据以上信息可以预测到 在2016年的新手机 USB3 1TypeC接口将成为一个最大卖点 那么最先火起来的就是C对A的连接线以及C对C的连接线 综上所述 USB3 1中的TypeC最有可能成为未来的连接标准 提供数据传输 外设连接 显示输出等一体化的连接方案 USB3 1Type C的生产难度 15 目前USB3 1Gen2的最高速度10Gbps 测试的频率是15GHz 在线材押出 连接器设计 线束加工三个方面都面临着巨大挑战 线材押出方面 从理论计算 32 对绞版的3 1线材最多能做到1米 而同轴版是1 2米 这只是理论推算 实际制程不可能达到理论长度 目前只有日本住友的USB3 1同轴版能量产稳定通过1米 国内最多能做到0 8米 量产还不一定非常稳定 所以线材方面对材料选择 设备稳定性 制程控制都达到瓶颈 没有绞线退扭的设备和TDR测试仪作为基础 则无法保证量产稳定 制程管控则无从谈起 故供应商方面 如果没有这两种设备 量产也说能保证就是在吹牛 USB3 1Type C的生产难度 16 连接器方面 Type C多针脚 高功率 高频宽及小体积 传输时衍生更严重的散热 电源杂讯和电磁干扰 EMI 结构强度 使用寿命等问题 所以在连接器方面 PCB设计 产能开出 良率提升 制程优化才刚起步 专利也在此展开 温度方面 协会用红外线检测接头的温度不能超过30摄氏度 USB3 1Type C的生产难度 17 加工方面 也要预先了解连接器和线材的阻抗是否匹配 以在后续减少回波损耗造成的干扰 加工要重点控制EMI 开芯线5 7mm 尽可能的开短 以减少对铝箔和芯线的破坏 预防焊接PIN脚电弧积炭 优化焊接排线距离 提高设备稳定性等手段来控制EMI 一旦信号受到干扰 传输速度就会下降 达不到10Gbps的速率 目前只有同轴结构的加工损耗比较小 因为开线距离可以比较短 信号损失也就小 而对绞结构的开线距离就相对同轴的要长了 如果像HDMI那样开15mm EMI影响就大很多 导致加工极其困难 良率很低 USB3 1Type C的生产难度 18 USB协会认证3 1的成品线 只接受1米头到头的长度 稳定有余量加工的线材 设计良好的连接器再加上加工方面的控制 才能真正做出满足10Gbps速率的USB3 1连接线 开线5 7mm USB规格及标准认识 19 USB2 0线材截面图 协会标准 1P 2C ADB UTP对绞 白 绿 信号对绝缘为HDPED D 只对绞 不另外包铝箔屏蔽 GND地线绝缘为PVC 5V电源绝缘为PVC 编织屏蔽网 USB2 0的工艺要求比较简单 信号对不需要做发泡也可以 也没有额外加铝箔屏蔽信号对 或者白绿不对绞 直接四芯总绞也可以 但白芯和绿芯要挨在一起即可 目前一些低端市场直接做单股铜导体 甚至做CCS 也不做屏蔽 USB2 0数据是单向传输 不能同时进行双向传输 最大传输速率为480Mbps USB规格及标准认识 20 USB2 0主要物理电气性能指标 1秒等于1000 000 000 000皮秒 ps 即1ps等于亿万分之一秒 USB规格及标准认识 21 特性阻抗Impedance 指信号线传输过程中的电流电压比 当电压电流发生变化时 电磁场也跟着变化 就会导致信号反射等问题而影响信号传输质量 衰减变大 所以要保证线材到接头段 设备端的阻抗稳定以减少信号反射 阻抗波动受芯线发泡结构 导体ID 芯线ID 包带松紧度 屏蔽等因素的影响 另外线材和连接器的阻抗也要接近 差距越小越好 专有名词解释 USB规格及标准认识 22 插入衰减Attenuation 信号在传输介质中传播时 将会有一部分能量转化成热能或者被传输介质吸收或被反射 从而造成信号强度不断减弱 甚至失真造成接收端无法识别信号 这种现象称为衰减 信号传输的频率越高 反射串扰的问题就越严重 衰减值用于判断信号传输的质量 衰减值受阻抗波动 反射 串扰 导体材质及表面光洁度 绝缘材质及结构 使用长度等因素影响 专有名词解释 USB规格及标准认识 23 延时差DelaySkew 该值反映信号传输的同步性 如果信号传输不同步会造成传输失败 该值受芯线的物理长度 物理张力造成不一致 及芯线的质量影响 阻抗 发泡结构 等 专有名词解释 延时差 A芯线的传输时间 B芯线的传输时间而Delay延时的意思是信号发出到被接收的时间为延时 USB规格及标准认识 24 USB2 0规格对应最大使用长度 USB规格及标准认识 25 USB3 0线材结构 USB3 0线材对绞结构 1P D AL 2P 1P 2C ADB USB3 0线材同轴结构 1C SP AL MY MY 4COAX 1P 2C ADB 4同轴 1C SP AL MY MY 4COAX USB3 0增加两对高速SDP信号对 用于双向高速传输数据 最高速率达5Gbps USB规格及标准认识 26 USB3 0主要电气性能标准 USB规格及标准认识 27 回波损耗DifferentialReturnLoss 回波损耗 又称为反射损耗 是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射 是一对线自身的反射 不匹配主要发生在连接器的地方 但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方 回波损耗严重时可使图像发生重影等问题 提高芯线的同心度 两根芯线尽量工艺一致 采用芯线退扭技术可以改善回波损耗的情况 专有名词解释 USB规格及标准认识 28 差分转共模DifferentialtoCommonModeConversion Scd21 该参数用来体现EMI电磁干扰情况 当两根正负极芯线的参数 ID 电容 阻抗波动等 不相等时 原本可以相互抵消的差模信号就会衍生出共模干扰信号 共模信号不能相互抵消 所以会干扰到信号的传输 专有名词解释 USB规格及标准认识 29 USB3 0规格对应最大使用长度 USB规格及标准认识 30 USB3 1同轴结构 10GbpsGen2使用 8COAX 1C 1P 4C 2D AL MY ADB 高速信号对 8同轴 导体 FEP SP CU MY 8COAX 1C电源线 2C电源线 2C电子线 CC Vconn USB2 0白 绿1P 2C地线回路 铝箔 USB规格及标准认识 31 FEP为铁氟龙芯线 该胶料对信号传输好 但价格贵 FPE为PE发泡 可用于代替FEP 成本低 但信号效果及稳定性没有FEP那么好 目前同轴版USB3 1的同轴屏蔽处理方案 USB规格及标准认识 32 USB3 1主要电气性能指标 USB规格及标准认识 33 USB3 1衰减指标 以上指标为协会暂定指标 正式版规范出来后可能会有变动 USB规格及标准认识 USB3 1规格对应最大使用长度 以上高速信号对的使用长度为理论情况下能达到的使用长度 连接器两端最多允许 3 7dB的损耗 30 USB规格及标准认识 32AWG 8COAX 26AWG 1C 34AWG 1P 32AWG 4C 26AWG 2D AL MY ADB以上规格目前最长能做1米 2015 7 27日本住友 30AWG 8COAX 24AWG 1C 32AWG 1P 30AWG 4C 24AWG 2D AL MY ADB以上规格目前最长能做1 5米 2015 7 27日本住友 31 USB3 1标准成品线方案 TypeCtoC线材均可通过CC线 支持PowerDelivery PD 的BMC通讯全功能的USB3 1线材必须带eMarkIC只有USB2 0TypeC3A线材可以选配IC2 0的CtoC需要用1P 2C 1C的线连接 增加的1根电子线为CC3 0的CtoC需要用2P 1P 2C 1C的线连接 同样增加CC芯线 31 2 03 1GEN13 1GEN2 TypeCtoCcable USB3 1标准成品线方案 1 侦测传输线的连接或断开2 侦测线材插入的正反面3 初始化主 从设备及充电供需关系4 侦测USBType C的VBUS电流及其用量5 作为USBPD的通讯通道6 侦测并架构扩展功能 替代或辅助模式 另外Vconn是给eMark供电 eMarkIC是用来实现以上功能 31 Type C线材CCPIN功能 USB3 1标准成品线方案 1 建立供电协议 使电压 电流超出USB2 0和USB3 1标准规格2 改变Vbus的供电端口3 改变Vconn的供电端口4 切换主 从设备关系的角色5 和线材通讯 31 Type CPowerDelivery功能 USB3 1标准成品线方案 31 TypeCtoLegacycable TypeCtoLegacycable USB2 0Type CtoUSB2 0mini B除外 标配至少3A的电流传输若要支持5A供电 则需要使用PD版本的Legacy连接品 且Type C端需要有eMark标示 USB3 1标准成品线方案 31 TypeCtoLegacycable TypeCtoLegacycable USB2 0Type CtoUSB2 0mini B除外 标配至少3A的电流传输若要支持5A供电 则需要使用PD版本的Legacy连接品 且Type C端需要有eMark标示 USB3 1测试及认证 31 USB3 1信号传输可以用TDR来测出好坏 除了要测传统参数 还要测试综合参数 传统参数有衰减 回波损耗 对内延时差 差分转共模Scd21 差分阻抗 串音 而最新3 1的测试标准中 只有Scd21的传统参数还保留 通过TDR测出传统参数 再将传统参数导入到英特尔提供的信号模拟计算软件 IntePar http compliance usb org files 中 最终算出连接线是否合格 模拟计算主要是看各组信号间的反射和串扰问题 经计算是否达到传输要求 通过TDR仪器测试 可以通过参数图形了解到整条成品线的阻抗变化 线材部分 加工部分 连接器三部分 从而了解不良所在的区段 USB3 1测试及认证 31 认证要求 1 Cable制造商 Connector制造商必须皆为USB会