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。本文将详细解读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。
本文原文来自CSDN