USB项目知识培训

USB项目培训2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3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4USB历史版本比较版本最大传输速率版本名称最大供电能力推出时间USB1.01.5Mbps(192KB/S)LowSpeed低速5V/500mA1996年1月USB1.112Mbps(1.5MB/S)FullSpeed全速5V/500mA1998年9月USB2.0480Mbps(60MB/S)HighSpeed高速5V/500mA2000年4月USB3.05Gbps(640MB/S)SuperSpeed超速5V/900mA2008年11月USB3.15Gbps(640MB/S)SuperSpeedGen120V/5A2013年12月10Gbps(1280MB/S)SuperSpeedPlusGen2USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”1Gbps=1024Mbps1A=1000mA5USB3.1Type-C介绍2.4mm6.5mm/max8.25mm6.5mm12.5mm/max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6USB3.1Type-C介绍

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1234USB3.1Type-C优势7USB3.1Type-C介绍USB3.1TypeC的应用:Storage数据储存Audio音频Display视频显示Power供电Network网络MobilePhone手机Keyboard键盘Mouse鼠标USBTypeC8USB版本标志及接口认识USB版本标志:USB1.0(1996)USB1.1(1998)USB2.0(2000)OTG(2002)WirelessUSB(2007)USB3.0(2008)USB3.1(2013)USBPD(2012)用于USB2.0及以下版本用于USB3.0/3.19USB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：10USB版本标志及接口认识USB2.0/USB3.0常用接头：11USB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：12USB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：13USB版本标志及接口认识4.5mm4.7mm1.8mm4.0mm10.4mm2.4mm接口厚度对比：USBType-ADisplayPortUSBMicroBPower纤薄USB3.1Type-CUSBType-B14USB3.1Type-C未来市场前景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。15USB3.1Type-C的生产难度目前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。16USB3.1Type-C的生产难度

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。17USB3.1Type-C的生产难度加工方面，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。18USB3.1Type-C的生产难度 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5-7mm19USB规格及标准认识USB2.0线材截面图(协会标准):(1P+2C)+ADBUTP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。

20USB规格及标准认识USB2.0主要物理电气性能指标测试项目物理电气性能指标特性阻抗Impedance90±15%Ω信号对衰减SignalPairAttenuation-0.95dB@24MHz，-1.35dB@48MHz-1.90dB@96MHz，-3.20dB@200MHz-5.80dB@400MHz信号对传播延时差PropagationDelaySkew≤100ps信号传播延时PropagationDelay≤26ps≤10psforMicro系列插拔次数Durability≥1500次≥5000次(Mini“B”)≥10000次(Micro系列)1秒等于1000,000,000,000皮秒(ps)，即1ps等于亿万分之一秒21USB规格及标准认识特性阻抗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22USB规格及标准认识插入衰减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23USB规格及标准认识延时差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B芯线A芯线传输距离延时差=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24USB规格及标准认识线规UTP衰减决定的长度(1P)电子线压降决定的长度(2C)20AWG/7.522AWG/4.524AWG/2.625AWG5.02.026AWG4.51.628AWG3.01.030AWG2.50.632AWG1.50.3534AWG1.0/例如(1P*26AWG+2C*28AWG]+ADB的结构，UTP可以到4.5米，电子线压降可以到1.0米，那么此规格最终使用长度是由其中最短的决定，即此规格可以保证的最长使用长度为1.0米。结论：USB2.0的使用长度，要同时结合UTP和电压降这两个因素来决定USB2.0规格对应最大使用长度25USB规格及标准认识USB3.0线材结构USB3.0线材对绞结构[(1P+D+AL)*2P+1P+2C]+ADBSDP屏蔽对(USB3.0)：(1P+D+AL)*2PUTP屏蔽对(USB2.0)：白*绿(1P)红/黑电源2CUSB3.0线材同轴结构[(1C+SP+AL/MY+MY)*4COAX+1P+2C]+ADB4同轴：(1C+SP+AL/MY+MY)*4COAXUSB3.0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5Gbps26USB规格及标准认识USB3.0主要电气性能标准测试项目物理电气性能指标特性阻抗Impedance线材：90±7%Ω(对绞)线材：45±3Ω(同轴)连接器：90±10%ΩSDP信号对衰减SignalPairAttenuation-1.20dB@0.625GHz，-1.80dB@1.25GHz-2.65dB@2.5GHz，-4.35dB@5GHzSDP信号对传播延时差PropagationDelaySkew≤15ps回波损耗DifferentialReturnLoss-20dB@100MHz，-20dB@1.25GHz-15dB@2.5GHz，-5dB@7.5GHz差分转共模DifferentialtoCommonModeConversion≤-20dB插拔次数Durability≥1500次≥10000次(Micro系列)27USB规格及标准认识回波损耗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28USB规格及标准认识差分转共模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29USB规格及标准认识线规SDP衰减决定的长度(2P)UTP衰减决定的长度(1P)电子线压降决定的长度(2C)20AWG//5.322AWG//3.024AWG//2.025AWG/5.01.626AWG3.04.51.328AWG2.53.00.830AWG2.02.5/32AWG1.51.5/34AWG1.11.0/例如:[(1P*28AWG+D+AL+MY)*2P+1P*26AWG+2C*28AWG]+ADB的结构，SDP可以到2.5米，UTP可以到4.5米，电子线压降可以到0.8米，那么此规格最终使用长度是由其中最短的决定，即此规格可以保证的最长使用长度为0.8米。结论：USB3.0的使用长度，要同时结合UTP、SDP及电压降这三个因素来决定USB3.0规格对应最大使用长度30USB规格及标准认识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)*8COAX1C电源线2C电源线2C电子线(CC&Vconn)USB2.0白*绿1P2C地线回路铝箔31USB规格及标准认识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那么好同轴截面图同轴结构屏蔽效果信号性能生产成本7C导体+FEP+铜丝缠绕SP+超薄铜箔+麦拉最好最好最高7C导体+FEP+铜丝缠绕SP+铝箔+麦拉次之次之次之7C导体+FEP+铜丝缠绕SP+PE中被最差最差最低目前同轴版USB3.1的同轴屏蔽处理方案32USB规格及标准认识测试项目物理电气性能指标特性阻抗Impedance线材：90±5Ω(对绞)线材：45±3Ω(同轴)连接器：85±9Ω衰减Attenuation(InsertionLoss)参考衰减表信号对传播延时差PropagationDelaySkew≤10ps回波损耗DifferentialReturnLoss-20dB@100MHz，-20dB@5GHz-13dB@10GHz，-6dB@15GHz差分转共模DifferentialtoCommonModeConversion≤-20dB插拔次数Durability≥10000次USB3.1主要电气性能指标33USB规格及标准认识USB3.1衰减指标测试频率GHz34AWG(dB/M)32AWG(dB/M)30AWG(dB/M)28AWG(dB/M)对绞同轴对绞同轴对绞同轴对绞同轴0.625-1.8-1.8-1.4-1.5-1.2-1.2-1.0-1.01.25-2.5-2.8-2.0-2.2-1.7-1.8-1.4-1.32.50-3.7-4.2-2.9-3.4-2.5-2.7-2.1-1.95.00-5.5-6.1-4.5-4.9-3.9-4.0-3.1-3.17.50-7.0-7.6-5.9-6.5-5.0-5.2-4.1-4.210.00-8.4-8.8-7.2-7.6-6.1-6.1-4.8-4.912.50-9.5-9.9-8.2-8.6-7.3-7.1-5.5-5.715.00-11.0-12.1-9.5-10.9-8.7-9.0-6.5-6.5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34USB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的损耗线规SDP对绞衰减决定的长度(4P)同轴衰减决定的长度(8COAX)UTP衰减决定的长度(1P)电子线压降决定的长度(2C)20AWG///5.022AWG///3.024AWG///1.825AWG//5.01.326AWG//4.51.228AWG2.502.503.00.830AWG1.871.802.5/32AWG1.711.491.5/34AWG1.481.341.0/35USB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)36USB3.1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芯线标准接头1接头2速度版本电缆长度支持电流PD功率输出(BMC)ElectronicallyMarkedCC2-3Type-C2.0Type-C2.0USB2.0≤4M3A支持可选CC2-55A必需CC3G1-3Type-CGEN1Type-CGEN1USB3.1GEN1≤2M3A支持必需CC3G1-55A必需CC3G2-3Type-CGEN2Type-CGEN2USB3.1GEN2≤1M3A支持必需CC3G2-55A必需2.03.1GEN13.1GEN2TypeCtoCcable：37USB3.1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Type-C线材CCPIN功能：38USB3.1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Type-CPowerDelivery功能：39USB3.1标准成品线方案标准接头1接头2速度版本电缆长度支持电流ElectronicallyMarkedAC2-3USB2.0AType-C2.0USB2.0≤4M3A可选AC2-5USB2.0PDA5A必需AC3G2-3USB3.1AType-CGEN2USB3.1GEN2≤1M3A可选AC3G2-5USB3.1PDA5A必需CB2-3Type-C2.0USB2.0BUSB2.0≤4M3A可选CB2-5USB2.0PDB5A必需CB3G2-3Type-CGEN2USB3.1BUSB3.1GEN2≤1M3A可选CB3G2-5USB3.1PDB5A必需CMB2Type-C2.0USB2.0MiniBUSB2.0≤4M500mA可选CUB2-3Type-C2.0USB2.0PDMicroBUSB2.0≤2M3A可选CUB3G-3Type-CGEN2USB3.1PDMicroBUSB3.1GEN2≤1M5A可选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40USB3.1标准成品线方案标准接头1接头2速度版本电缆长度支持电流ElectronicallyMarkedAC2-3USB2.0AType-C2.0USB2.0≤4M3A可选AC2-5USB2.0PDA5A必需AC3G2-3USB3.1AType-CGEN2USB3.1GEN2≤1M3A可选AC3G2-5USB3.1PDA5A必需CB2-3Type-C2.0USB2.0BUSB2.0≤4M3A可选CB2-5USB2.0PDB5A必需CB3G2-3Type-CGE