日本电子维修技术 外设科学的认知USB3.x




最近一直被雷电3、USB-C等问题困扰,心血来潮想理清它们之间的门道,只不过在研究USB协议后,我只能表示U不SB,被USB-IF组织忽悠的我才是最大的SB...

先上这么一幅图:

USB3.X_看图王.png (65.75 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:32 上传




或许看到上图中x1,x2,USB 3.2,USB3.1这些名词,大家已经开始懵逼了;这还没考虑到这些规范在不同接口构型上的搭配以及规范名称的演变(万恶的USB-IF),所以这里稍微梳理一下USB3.x的演变历程(其实按照USB-IF的定义,x=2)。本文只讨论USB系列传输协议的演变和规格,至于ALT模式/雷电3/PD等内容暂时不会涉及,以后可能会探讨下。

USB 3.0/USB3.1 Gen1/USB3.2 Gen1x1

最原始的USB 3.0规范已经经历了两次命名的更迭,从USB3.0一直续到USB3.2 Gen1x1,为了保证行文的一致性,我仍然使用USB3.0来称呼它。

在USB1.1/2.0时代,信号是通过一对差分针脚来进行传输的,即D+,D-,再配合GND就可以进行单向的数据传输。由于只有一组差分信号,所以USB1.1/2.0是明显的半双工传输协议,在某一瞬间只能进行单方向的数据传输:

USB2.0.png (4.62 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:33 上传


为了提高传输速率,USB3.0在不同形状的物理接口上都增加了新的针脚。为了保证向下兼容性,也保留了USB2.0原有的针脚;由于USB3.0发表时只有常见的Type-A与Type-B构型,并没有Type-C可选,所以工作示意图如下:

USB3.0AB.jpg (34.33 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:33 上传


USB3.0新增了两组差分对,分别是SSTX与SSRX。每组差分对的速度都被提升到了5Gbit/s,编码方式为8b/10b,计算纠错/控制损耗,实际效率为80%。从针脚名称中的T与R便可以知道USB3.0可以同时发送与接收数据,是全双工接口,参考下图:

USB3.0HOSTA.png (427.39 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:34 上传


USB3.0发表于2008年11月,次年便有不少主板通过第三方主控芯片的方式提供了USB3.0支持,到现在的笔记本/主板都会提供USB3.0接口,几乎算是日常最常用的数据传输接口了。但是在2015年,USB-IF协会宣布将USB3.0改名为USB3.1 Gen1,而原本的USB3.1改名为USB3.1 Gen2,这也是命名混乱的开端(因为USB3.0还会再改一次名字)。
USB3.0其实可以搭配Type-C接口使用,在Type-C规范发布后,更名为USB3.1 Gen1的USB3.0和Type-C经常组合出现,会在后文中提及。

USB Type-C

在讲解USB 3.1/USB3.1 Gen2/USB3.2 2x1的规格与线路之前,有必要单独讲下USB Type-C这一概念,这是因为USB Type-CUSB 3.1的规划时间非常接近,USB 3.1也会首先支持USB Type-C的接口样式。

本质上USB Type-C规范只是一种硬件接口形式,它只制定了USB Type-C接口和连接器的物理规格及引脚排布等,并没有定义里面的传输类型和协议。厂家可以在上面选择支持哪种USB传输协议类型,最早出现的Type-C口手机通常只有USB2.0功能。

相较于以往的USB Type-A/Type-B接口,普遍认为能够支持正反插拔特性是Type-C规范最大的优势,毕竟以往盲插USB线失败后多次重试的体验不太好。但笔者认为正反插吧并不是Type-C的最闪光点,更重要的还是针脚数量的暴增为未来的扩展带来了无限的可能性,这也是Type-C成为DP ALT、雷电3等协议的物理接口最大的原因。
可以看下Type-C连接器的针脚定义[1]:

560px-USB_Type-C_plug_pinout.svg.png (23.25 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:35 上传


Type-C母口

560px-USB_Type-C_Receptacle_Pinout.svg.png (8.88 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:36 上传

Type-C公头
可以简单的看出,将Type-C公头中心旋转180度,它的针脚也是完全匹配母口的。这也是Type-C接口能够正反插的原因,不得不说这样的设计相当巧妙。
Type-C新增了很多针脚,当然厂家也可以直接空置不使用它们,只要保证中间的D+针脚都存在,就能完成数据传输,比如说诺基亚的N1就采用了这样的USB2.0 Type-C接口[2]:

nokian17_1020.0.jpg (24.96 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:36 上传


这只是一个USB2.0接口
Type-C接口在针脚上可以支持4组差分对,但是在USB3.0和USB3.1规范中都只使用到了2组,至于为什么要这么设计,这和后面要说的USB3.2/ALT模式有关系;现在暂且给出USB3.0在Type-C下的工作示意图:

usb3.0c.jpg (50.26 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:37 上传


全 速 摸 鱼
USB 3.1/USB3.1 Gen2/USB3.2 Gen2x1

2013年底,负责制定USB 3.0规范的组织USB 3.0 Promoter Group公布了下一代USB 3.1接口的标准规范。2014年4月,负责USB接口规范的USB开发者论坛(USB-IF)公布了USB 3.1连接接口设计图,包括Type-A、Type-B以及全新设计的Type-C。[3]
2015年,万恶的USB-IF将USB3.0更名为USB3.1 Gen1,原定的USB3.1更名为USB3.1 Gen2(这是USB3.1遭受到的第一次更名)。
USB3.1相较于USB3.0,大致做了以下改进:
仍然是两个差分对,全双工,但每个差分对速度被提升到10Gbps。编码从8b/10b更改为128b/130b,实际可用带宽更大,损耗从USB3.0的20%降到3%。引入了新的USB PD协议,供电能力大幅度提高。
下面是USB3.1的工作示意图,在Type-A与Type-B接口下,相较于USB3.0只是把差分对的速度提高了。

usb3.1ab.jpg (31.08 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:37 上传


而在Type-C接口下,USB3.1工作示意图是这样的:

usb3.1c.jpg (50.6 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:37 上传


USB3.2 Gen1x2/USB3.2 Gen2x2

2017年,USB-IF宣布推出新一代USB协议标准,同时也把USB3.1 Gen1(原USB3.0)改名为USB3.2 Gen1x1,USB3.1 Gen2(原USB3.1)改名为USB3.2 Gen2x1(USB-IF是真的秀)。
暂且不去考虑对旧标准修改命名的影响,真正的USB3.2对比以往的USB3.1并没有提升单个差分对内的带宽,但总带宽达到了20Gbits/s,这是怎么做到的呢?还记得我们前面谈到的Type-C吗?Type-C接口提供了4个差分对,现有的USB3.0与USB3.0都只利用到了2组,如果完全使用,不就可以把带宽翻倍了吗?事实上USB-IF就是这么做的。这也是为什么USB3.2的两个新标准都只建议使用Type-C接口的原因,用Type-A和Type-B,针脚完全不够。
当然,USB3.2规范必须搭配新的线材使用,很多老旧的USB3.0/3.1线材内部并没有将差分对线路补齐,或者是与原有的差分对线路连在一起,在这种线材下,USB3.2只能降速到原来的一半来使用。

USB3.2 Gen1x2

USB3.2 Gen1x2是一个非常诡异的标准,他的速度与原来的USB3.1一致,为10Gbit/s。编码方式和USB3.0一样,为8b/10b。但它和USB3.2 Gen2x2一样,内部使用了4组差分对......可以说USB3.2 Gen1x2真是四不像...
这个是USB3.2 Gen1x2的工作示意图:

USB3.2gen1x2C.jpg (38.32 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:39 上传


使用了4组差分对,也只有咸鱼的10Gbps
然后就是USB3.2的最终Boss,终于达到了雷电2的高度:

USB3.2gen2x2C.jpg (38.36 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:39 上传


理论速度是双向都能20Gbps,可喜可贺
总结

现在我们回到这张图:

USB3.X_看图王.png (65.75 KB, 下载次数: 0)

2019-12-29 13:39 上传



Gen1和Gen2指代编码方式和Lanes内的速度,Gen1绑定了8b/10b和单lane内5 Gbit/s,Gen2绑定128b/130b与单lane内10G bits/s。1个lane即2组差分对,一组差分对负责一个方向的传输。所以表里的带宽都是同时刻双向的带宽(当然实际中达不到)。x1和x2指代有几个lane,真正的USB3.2 x2只能通过Type C接口达成,同时线材也必须支持USB3.2内所需的4个差分对。USB-IF是SB。

参考Type-C Wiki https://zh.wikipedia.org/wiki/USB_Type-CNokia N1 https://www.theverge.com/2014/11/18/7239709/nokia-n1-tablet-price-release-dateUSB3.0历史Wiki https://zh.wikipedia.org/wiki/USB_3.0#%E6%AD%B7%E5%8F%B2


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就是USB协会这群傻逼,发展太慢,然后换称呼坑人玩

前后变3次,也没谁了

之前看白嫖王的介绍才明白的

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但是我用的还是30块钱最差的U盘

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车宝,富婆不可以装穷学生妹哦

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如果印度佬占据主流的话,早就已经usb5.0了吧……不过这样也好,不容易搞混……

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这些脑残的命名,到底是怎么被通过的?

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第一次知道usb3.2 G1 x2这个规格
这不就是绑架2个usb3么。。。而且效率还比不上更早的真 usb3.1。不过原则上对于线材长度会比较友好吧

usb3.1的一般都只有1米以内的
ps,应该加一行被动线材长度极限


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看了LZ的贴恍然大悟
USB-IF是SB!

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USB就应该被更新进的接口淘汰

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每次看到usb的时候,都得感叹,隔壁pcie的命名简单粗暴直接多了。

gen2*2,单向用2对,这种东西直接写在名字上,清楚的人便清楚了,可是很多人根本不想管他是怎么实现的,只想管速度。这波命名就很烦了。不过主要还是因为整天改名。



所以gen2*2 要达到20gbps的时候,和dp传输只能2选1对吧?~


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对,否则必然降速

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G1 x2的规格需要搭配不阉割的线,由于差分对多了,成本和复杂性会增高

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USB-IF是SB

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线长是我唯一想到usb G1 x2对比G2 x1的优点

其他不管是效率/普及性都是完败


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感谢大佬科普,虽然干得我完全不消化、、、

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科普文章 谢谢分享

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你说的太污了

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干1

干2

干1 X2

干2 X2

就比较刺激了

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现在有usb3.2的设备吗?

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只能指望usb4了

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usb3.1我都没搞懂,有哪些设备支持,或者可以使用.

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干货太干了,没辙

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名字乱糟糟,3.1 速度 5G, 10G ,20G,40G 的线也是乱糟糟的,要不是 USB-C 英特尔放开雷电,真的无法忍受

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usb4 :40G,USB3,

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哟      

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感谢大佬科普。

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补个图吧,dp的模式,现在一水USB3 5g的hub,都没有实现2个差分对走10G。
我想命名这么复杂的原因是,很早前引入10G USB,主板上2个口,一个C一个A,A用了2个差分对,原有USB3.0 5G的基础上不增加线路,翻倍速率达成。
但后来C口线路翻倍,2个差分对5G(旧USB3.0速率) 4个合起来走10G,实现原理跟以前的不一样。实际情况是走2个差分对走10G,很少见,对线材长度不能超1米,长C-C线只有10G没有20G的原因。


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严重感谢,干货啊,一文彻底搞清USB,顶一个!!!

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狗日的usb联盟

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C口里,4个合起来走10G,那就是USB3.2 Gen1x2
C口里,2个合起来走10G,那就是USB3.2 Gen2x1
USB3.2Gen2x2的线会是个大问题

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感谢大佬科普。不过这些标准太多了,都记不住啊

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那么问题来了,USB3.2 Gen1x2存在的意义在于?

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好帖,收藏啊~这个组织太混乱了!这两年一直很闹心!

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很好,但是普及真的太慢了~

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后期C接口针脚多了,用2个5G合起来成10G。5G速率对线材要求低。

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USB-IF是SB

讲道理,我一直以为USB这个名字就已经够那啥了
直到有一天,我在商场里看到了一个化妆品专柜
叫U2B。。。

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USB 3.2 的A口标准实际上就是原来的3.0和3.1

真正的USB 3.2指的是typec协议呗

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真的是混乱……现在很多卖相关产品的也是胡乱标,借此来蒙蔽消费者

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我建议你再读一次...

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真正的新东西 USB 3.2 2*2就是C口协议

3.0和3.1是换皮怪

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想要只typec的固态u盘不知道哪家好~~

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就目前的话USB 3.0还是主流,主要还是看周边硬件配套能不能跟得上。

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一张科普图


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感谢大佬科普,但我还是看得头晕目眩

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C 口有个问题 CC1脚和VBUS脚挨着近,插口松了,有可能线上的插头VBUS触点怼到CC1上,会烧设备的

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USB联盟就是把U当SB,奸商的帮凶

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要命的是市面上很多type-c线都是披着新皮的USB2

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是啊,很多switch不就这么boom了

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type-c就是插口定义,以后会走很多协议,USB2.0 3.0只是其中的一种,就和type-A口一样 9针3.0或者3.1,也可以4针2.0
看需求,比如只充电的蓝牙耳机什么的,要3.0以上没用啊

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虚假的全双工,usb3.0

微信截图_20200518104710.png (383.27 KB, 下载次数: 0)

2020-5-18 11:30 上传

微信截图_20200518104605.png (490.94 KB, 下载次数: 0)

2020-5-18 11:30 上传

微信截图_20200518104455.png (252.05 KB, 下载次数: 0)

2020-5-18 11:30 上传




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这个估计是卡USB主控了吧,理论上UASP是可以全双工传输的

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自己测试了一下,确实是虚假的全双工,爬了

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这几个规范我习惯的名字叫U3.0 U10G U20G 后期标准直接把带宽放在后面 电路 电子 维修 上网搜搜新的intel服务器平台消息,就看了STH评测的X11SPH-nCTF,LGA3647的主板 Supermicro-X11SPH-nCTF-Six-Plus-Two-RAM-Slots.jpg (215.09 KB, 下载次数: 1) 2017-8-12 15:45 上传 电路 电子 维修 一个联想G360拿来的时候是按开关没反应,也没有待机电流,拆机,没发现进水,量没有3V5V,量开关也没有电压,量待机芯片,有19V主供电,量3V5V阻值正常,
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