USB3.0高速通信接口
USB3.0高速通信接口
USB 3.0是一种较新的USB规范，旨在提供比USB 2.0更快的数据传输速率和更高效的电源管理功能。本文将详细介绍USB 3.0的技术特点、硬件接口、应用场景及其优势与挑战。
一、概述
USB 3.0，也被称为SuperSpeed USB，是由英特尔公司（Intel）联合惠普（HP）、NEC、NXP半导体以及德州仪器（Texas Instruments）等公司共同开发的。它的目标是提供超过USB 2.0十倍的数据传输速率，以满足日益增长的数据传输需求。
二、技术特点
数据传输速率：USB 3.0的最大传输带宽高达5.0Gbps（即640MB/s），相比之下，USB 2.0的最大传输带宽为480Mbps（即60MB/s）。这意味着使用USB 3.0可以更快地传输大容量文件，如高清电影等。
全双工数据传输：USB 3.0引入了全双工数据传输模式，即数据可以在同一时间内双向传输。这与USB 2.0的半双工模式相比，大大提高了数据传输的效率。
电源管理：USB 3.0提供了更高效的电源管理功能，支持Idle、sleep和suspend等多种电源状态，有助于降低设备的功耗。
兼容性：USB 3.0向下兼容USB 2.0和USB 1.1设备，这意味着用户可以在支持USB 3.0的接口上使用旧的USB设备，无需担心兼容性问题。
三、硬件接口
接口设计：USB 3.0接口采用9针脚设计，相比USB 2.0的4针脚设计，功能更强大。此外，USB 3.0接口部分通常标记有“SS”样式，以区别于USB 2.0接口。
线缆设计：USB 3.0数据线比USB 2.0数据线更“厚”，这是因为USB 3.0数据线内部包含了更多的线路，以满足更高的数据传输速率和电源管理需求。
四、USB接口类型及接口定义
4.1、USB Type-A(2.0/3.0)
最常用的接口，也是平时说的USB接口。有公头和母头。如果USB内部的舌头不是蓝色的，就是USB 2.0版本，传输速率低，兼容性强，不用驱动也能连接。理论传输速度为480 Mbps，但实际传输速度一般不超过30 MB/s，采用这种标准的USB设备也比较多。
如果内部舌头是蓝色的，就是USB 3.0以上的版本，传输速率高，需要驱动，目前主流设备基本都已经支持USB3.0以上的设备。
USB 3.0的理论传输速度为5 Gbps，不过由于采用与 SATA相同的10 Bit传输模式（在USB2.0的基础上新增了一对纠错码）因此理论传输速度为500MB/s.
USB3.1理论速度比3.0翻了一倍，达到10 Gbps。
下图左边是USB 2.0、右边是USB 3.0。
4.2、USB TYPE-B（2.0/3.0）
USB Type B 2.0接口如下图左,USB Type B 3.0接口如下图右。USB type B接口一般用于3.5寸移动硬盘、打印机、显示器等设备的连接。
4.3、Mini USB接口（A型/B型）
Mini USB分为A型，B型。MiniB型5Pin这种接口可以说是最常见的一种接口，这种接口由于防误插性能出众，体积也比较小巧，所以正在赢得很多的厂商青睐，这种接口广泛出现在读卡器、MP3、数码相机以及移动硬盘上。
4.4、Micro USB接口（A型/B型/3.0/AB型）
Micro USB是USB 2.0标准的一个便携版本，比部分手机使用的Mini USB接口更小。Micro-USB 支持OTG，和Mini-USB一样，也是5pin的。Micro系列的定义包括标准设备使用的Micro-B系列插槽；OTG设备使用的Micro-AB插槽；Micro-A和Micro-B插头，还有线缆。Micro系列的独特之处是他们包含了不锈钢外壳，万次插拔不成问题。
4.5、USB TYPE-C
USB Type-C是一种USB接口外形标准，拥有比Type-A及Type-B均小的体积，既可以应用于PC（主设备）又可以应用于外部设备（从设备，如手机）的接口类型。USB Type-C有4对TX/RX分线，2对USBD+/D-，一对SBU，2个CC，另外还有4个VBUS和4个地线。
4.6、TYPE-A接口定义（Type-A 2.0/3.0）
- USB 2.0 4触点（2.0）
- USB 3.0 9触点（3.0）
4.7、USB TYPE-B 接口分类（Type-B 2.0/3.0）
- USB 2.0 4触点（2.0）
- USB 3.0 9触点（3.0/可兼容2.0）
TYPE-B 2.0接口及引脚定义：
TYPE-B 3.0接口及引脚定义：
TYPE-A 2.0引脚功能及定义：
序号 | 引脚 | 颜色 | 功能 |
|---|---|---|---|
1 | VCC | 红 | 电源电压+5V |
2 | D- | 绿 | 2.0数据信号 |
3 | D+ | 白 | 2.0数据信号 |
4 | GND | 黑 | 地 |
TYPE-A 3.0引脚功能及定义：
序号 | 引脚 | 功能描述 |
|---|---|---|
1 | VCC | 5V电源 |
2 | D- | 2.0数据信号 |
3 | D+ | 2.0数据信号 |
4 | GND | 地 |
5 | SSRX- | 3.0数据接受信号差分对RX- |
6 | SSRX+ | 3.0数据接受信号差分对RX+ |
7 | GND | 地 |
8 | SSTX- | 3.0数据接受信号差分对TX- |
9 | SSTX+ | 3.0数据接受信号差分对TX+ |
4.8、TYPE-C 接口定义
TYPE-C接口引脚功能及定义如下：
PIN | 名称 | 功能描述 | PIN | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|---|---|---|
A1 | GND | 地 | B12 | GND | 地 |
A2 | SSTXP1 | SuperSpeed差分信号TXP | B11 | SSRXP1 | SuperSpeed差分信号RXP |
A3 | SSTXN1 | SuperSpeed差分信号TXN | B10 | SSRXN1 | SuperSpeed差分信号RXN |
A4 | VBUS | 总线电源 | B9 | VBUS | 总线电源 |
A5 | CC1 | Configuration Channel | B8 | SBU2 | Sidebund use |
A6 | DP1 | USB2.0差分信号正 | B7 | DN2 | USB2.0差分信号负 |
A7 | DN1 | USB2.0差分信号负 | B6 | DP2 | USB2.0差分信号正 |
A8 | SBU1 | Sidebund use | B5 | CC2 | Configuration Channel |
A9 | VBUS | 总线电源 | B4 | VBUS | 总线电源 |
A10 | SSRXN2 | SuperSpeed差分信号RXN | B3 | SSTXN2 | SuperSpeed差分信号TXN |
A11 | SSRXP2 | SuperSpeed差分信号RXP | B2 | SSTXP2 | SuperSpeed差分信号TXP |
A12 | GND | 地 | B1 | GND | 地 |
4.9、Mini接口定义（A/B型）
Mini USB接口，是一种小型的USB接口，其指标与标准USB相同，但是加入了ID针脚（用于区分设备是主机还是外设），以支持OTG（On The Go，该功能允许在没有主机的情况下，实现设备间的数据传送）功能。Mini USB接口主要分为Mini-A和Mini-B两种，但是接口定义是一样的。
PIN | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
1 | VCC | 电源输入 |
2 | D- | 传输数据 |
3 | D+ | 传输数据 |
4 | ID | OTG功能使用 |
5 | GND | 地 |
4.10、Micro USB接口定义（A/B/3.0/AB型）
Micro USB A和B型接口形式不一样，但是接口定义是相同的。跟Mini USB接口定义相同。
PIN | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
1 | VCC | 电源输入 |
2 | D- | 传输数据 |
3 | D+ | 传输数据 |
4 | ID | OTG功能使用 |
5 | GND | 地 |
Micro USB 3.0接口定义
PIN | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
1 | VBUS | 电源 |
2 | D- | 数据传输 |
3 | D+ | 数据传输 |
4 | ID | 支持OTG功能 |
5 | GND | 信号地 |
6 | StdB_SSTX- | 高速数据发送差分对 |
7 | StdB_SSTX+ | 高速数据发送差分对 |
8 | GND_DRAIN | 信号地 |
9 | StdB_SSRX- | 高速数据接收差分对 |
10 | StdB_SSRX+ | 高速数据接收差分对 |
五、应用场景
USB 3.0广泛应用于个人计算机、消费及移动类产品的快速同步即时传输。例如，它可以用于连接大容量存储设备（如移动硬盘、U盘等）、高速外部设备（如高清摄像头、游戏机等）以及需要高速数据传输的工业设备。
六、优势与挑战
优势：USB 3.0提供了更快的数据传输速率、更高效的电源管理功能以及良好的兼容性，为用户带来了更好的使用体验。
挑战：尽管USB 3.0具有诸多优势，但它也面临一些挑战。例如，由于USB 3.0接口和线缆的设计更为复杂，因此其制造成本相对较高。此外，随着其他高速接口标准（如Thunderbolt、USB Type-C等）的推出，USB 3.0也面临着一定的市场竞争压力。
综上所述，USB 3.0作为一种高效、兼容的USB规范，在数据传输速率、电源管理以及应用场景等方面都具有显著优势。然而，它也面临着一些挑战和竞争压力。随着技术的不断发展，未来USB 3.0可能会继续演进和完善，以满足用户日益增长的数据传输需求。