知识分享:(一) USB3.1 Type C的应用
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本文引用清华大学论文(清华大学材料学院博士 赖志伟)
USB(通用串行总线)是一种广泛使用于个人计算机及个人消费电子行业的标准智能型串行接口。它的优势在于其“即插即用”的方便性。外接设备一旦连接到接口,就可被自动反应并正确识别,而不需要设置开关或跳线,同时它的“热交换性”使其不必重启系统。简单地说,用户仅需插入便可立即使用该外接设备。
USB插接件凭借其使用便捷、即插即用、热插拔、独立供电以及传输速度快等特点,被广泛应用在电脑外设、通讯设备、数码产品以及测试设备等诸多领域,如图1.1所示。USB插接件是现今最成功的传输接口。
图1.1 USB接口设备
图1.2 USB标志进化
表1.1 USB传输速度发展
模式最高传输速度
发布时间
USB 1.0
Low Speed
1.5Mbps
1996
USB 1.1
Full Speed
12Mbps
1998
USB 2.0
High Speed
480Mbps
2000
USB 3.0
SuperSpeed
5Gbps
2008
USB 3.1
SuperSpeed+
10Gbps
2015
因应各种装置的高速应用,USB的频宽从1.0版本(1.5Mbps)、1.1版本(12Mbps)、2.0版本(480Mbps)到3.0版本(5Gbps),速度已经有很大的进步了,而面对将来的需求,新的USB 3.1介面将把频宽再翻倍,提升至10Gbps,同时值得注意的是,编码率也再度提升。
USB 3.0为8b10b编码,也就是每传送10bit资料中,只有8bit是真实的资料,剩余的2bit是做为检查码,因此整个频宽会有高达20%(2/10)的损耗,而新的USB 3.1则是使用128b/132b编码,在132bit的资料中,只需使用4bit做为检查码,传输损耗率大幅下降为3%(4/132),所以USB 3.1不单只是提升频宽而已,连传输效率也增进不少。另外,相较于Thunderbolt,USB 3.1和Thunderbolt1已同样拥有10Gbps的速度,而Thunderbolt 2虽然提供20Gbps,但只是把原本的Thunderbolt 1中两条独立的10Gbps合并,变成单向传输20Gbps,而非双向,而此看来,只要USB 3.1装置正式问市后,频宽速度和应用广度上仍相当具有优势。
USB 3.1是最新的USB规范,该规范由英特尔等公司发起。与现有的USB技术相比,新USB技术使用一个更高效的数据编码系统,并提供一倍以上的有效数据吞吐率(USB IF协会)。它完全向下兼容现有的USB连接器与线缆。USB3.1兼容现有的USB3.0软件堆栈和设备协议、5Gbps的集线器与设备、USB 2.0产品。USB 3.1包含了USB 3.0的大部分特性。USB 3.1作为下一代的USB传输规格,通常被称为“SuperSpeed+”,将在未来替代USB 3.0。
图1.3 USB的各种接口形式
图1.4 USB3.1Type C的接口方式
Type-C大幅缩小了实体外型,更适合用于短小轻薄的手持式装置上,Type-C将取代Micro-AB型连接器(支援USB装置直接对传,不需要有主控系统介入),也将取代一般Micro-USB连接器,Type-C仿Apple Lightning连接器,正反均可正常连接使用,较现有Micro-USB更理想,Micro-USB虽有防止反接的防呆机制,但正反均可接的好处胜过防止反接,摸黑状况下都可顺利完成接线。另外,Type-C还有增进的电磁干扰与RFI mitigation特性。
然而由于市场需求大,种类繁多,产品性能良莠不齐,相当数量的USB插接件存在着漏电、接口易损、电流过大、电压不稳、信息失真等问题。
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