USB 3.1标准A型连接器的接口定义与引脚分配详解
USB 3.1标准A型连接器的接口定义与引脚分配详解
USB 3.1标准A型连接器是USB接口技术的重要升级，它在保持与USB 2.0兼容的同时，增加了超高速数据传输能力。本文详细介绍了USB 3.1标准A型连接器的接口定义、引脚分配和设计要求，对于硬件设计工程师和电子爱好者具有重要参考价值。
USB 3.1规范定义了多种连接器类型，包括超速标准A型插头和插座、超速标准B型插头和插座、超速Micro-B型插头和插座、超速Micro-A型插头以及超速Micro-AB型插座。所有超速连接器具有相同的配合接口，并且彼此兼容。
USB 3.1标准A型连接器
USB 3.1标准A型连接器被定义为主机连接器。它具有与USB 2.0标准A型连接器相同的配合接口，但增加了另外两对差分信号和一个接地引脚。USB 3.1标准A型插座可以接受USB 3.1标准A型插头或USB 2.0标准A型插头。类似地，USB 3.1标准A型插头可以与USB 3.1标准A型插座或USB 2.0标准A型插座配合使用。
建议对USB 3.1标准A型连接器的塑料外壳采用独特的颜色编码，以帮助用户区分USB 3.1标准A型连接器和USB 2.0标准A型连接器。
接口定义
虽然USB 3.1标准A型连接器与USB 2.0标准A型连接器基本具有相同的外形尺寸，但内部存在显著差异。以下是关键特征和需要注意的设计区域：
- 除了USB 2.0所需的VBUS、D-、D+和GND引脚之外，USB 3.1标准A型连接器还包括另外五个引脚：两对差分信号引脚加上一个接地引脚（GND_DRAIN）。新增的两对差分信号引脚用于超速（SuperSpeed）数据传输，支持双单工超速信号传输。新增的GND_DRAIN引脚用于接地线端接以及管理电磁干扰（EMI）、射频干扰（RFI）和信号完整性。
- 五个超速引脚的接触区域在插座中以片状位于前部，而四个USB 2.0引脚在插座中以梁状或弹簧状位于后部。相应地，在插头中，超速触点为梁状，位于USB 2.0片状触点之后。换句话说，USB 3.1标准A型连接器具有两层接触系统。
- 在USB标准A型连接器外形尺寸内采用分层接触的方法，与USB 2.0标准A型连接器相比，接触面积更小。连接器接口尺寸考虑了USB 3.1标准A型插座与USB 3.1标准A型插头之间、USB 3.1标准A型插座与USB 2.0标准A型插头之间以及USB 2.0标准A型插座与USB 3.1标准A型插头之间的接触配合要求。
- 连接器接口定义避免了在将USB 2.0标准A型插头插入USB 3.1标准A型插座或将USB 3.1标准A型插头插入USB 2.0标准A型插座时，在插入过程中超速引脚和USB 2.0引脚之间发生短路。
- 与USB 2.0标准A型插座相比，为了支持两层接触，USB 3.1标准A型插座连接器的深度（插入系统板的深度）可能会有所增加。
- 本规范中未展示堆叠式USB 3.1标准A型插座的图纸。只要它们满足本规范中定义的所有电气和机械要求，就是允许的。在设计堆叠式USB 3.1标准A型插座时，需要努力最小化堆叠中顶部连接器由于其较长的电气路径而产生的阻抗不连续性。需要关注USB 3.1标准A型连接器的高速电气设计。除了最小化连接器阻抗不连续性之外，还应最小化超速差分信号对与USB 2.0 D+/D−对之间的串扰。
- 插座连接器应具有后屏蔽，以确保插座连接器完全封闭。USB 3.1插座还应通过提供足够数量的接地片与PCB接地良好接触，以确保到PCB接地的低阻抗路径。当插入时，USB 3.1插座连接器应与USB 3.1插头的屏蔽具有牢固的配合接口。本规范的先前版本要求在最靠近USB超速信号触点的一侧中间提供一个接地弹簧片，并在USB 3.0标准A型插座的外壳两侧提供接地弹簧。新设计应在最靠近USB超速信号触点的一侧有三个接地弹簧片，在与USB超速信号触点相对的一侧有两个接地弹簧片，并且在USB 3.1标准A型插座的外壳两侧各有一个接地弹簧。
USB 3.1标准A型插座接口：
带有接地弹簧的USB 3.1标准A型插座示例，以及USB标准A型插头上所需的接触区域：
USB 3.1标准A型中置安装插座示例：
USB 3.1标准A型插头接口：
参考封装尺寸
USB 3.1规范未定义标准封装尺寸。只要满足所有机械和电气要求，可以使用任何封装尺寸。所提供的示例封装尺寸仅作为参考。
下图展示了带有后屏蔽的USB 3.1标准A型插座的通孔示例封装尺寸。引脚编号已标注：
下图展示了一个中装标准安装（安装在PCB顶部）的标准A型插座的示例封装尺寸：
下图展示了一个中装反向安装（安装在PCB底部）的示例。反向安装配置将超速信号置于USB 2.0信号和PCB边缘之间，使得超速信号布线更具挑战性：
引脚分配和描述
USB 3.1标准A型连接器引脚分配：
引脚1至4被称为USB 2.0引脚，而引脚5至9被称为超速引脚。
连接器颜色编码
由于USB 2.0标准A型和USB 3.1标准A型插座可能同时存在于一个主机上，因此建议对USB 3.1标准A型连接器（插座和插头）外壳进行颜色编码，以帮助用户将其与USB 2.0标准A型连接器区分开来。蓝色（Pantone 300C）是推荐用于USB 3.1标准A型插座和插头塑料外壳的颜色。当使用推荐颜色时，连接器制造商和系统集成商应确保蓝色插座外壳对用户可见。