EDA365欢迎您登录！
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
本帖最后由 阿杨 于 2020-3-18 11:04 编辑
P( R' k0 i* N7 X, u% P# z! |' T" b+ O, p4 a
超详细解读，什么是USB 4 标准？
. f7 x6 h7 G- sUSB 4全名为Universal Serial Bus Generation 4。USB这个介面在1996年发布USB 1.0规格, 传输速度支援低速1.5 Mbps与全速12 Mbps，以及之后陆续发表支援速度480 Mbps、5Gbps、10Gbps、20Gbps等，并在2019年9月发布最新一代USB4规格，支援20 Gbps与40 Gbps。 图一 USB 4 新功能 2 C( \, W9 ^) N) f; k2 Z$ @5 H1 O
8 Q! H) w* l" f6 G, J
USB 4 连接器与线缆
6 U( k. \$ A* J& o4 B5 }* t! YUSB 4只采用USB Type-C连接器。
) a. X' b" n3 p
USB 4 Cable被动线缆，可支援的被动线缆长度由USB 3.2 Gen2的1公尺，降为USB 4 Gen3的0.8公尺。
, }; I! Q/ t& i2 m' k- I
若需较长的线缆，如连接大尺寸萤幕，或是VR应用，可使用主动式线缆。
4 }; c; g5 o" b, h
USB 4主动式线缆为含有Repeater元件(如Re-timer、Re-driver等主动元件)的线缆，以及光纤线缆等。至于可支援的主动式线缆长度最长为5公尺。
$ U* L- t0 M _6 }) E! ^
USB 4 架构 4 }) ^; D- Z2 `8 S6 }
USB 4主要构成元件有路由器(Router)、适配器(Adapter)以及TMU(Time Management Unit，时间管理单元)。
" M+ F2 g: `' @( ]
路由器是USB 4的一个主要建构模块，路由器将隧道协议转换成USB4封包传送，并透过TMU来作时间同步。主要由USB Host内建的Connection Manager 来侦测及管理。 ( K$ W' A2 ]+ X* u5 C
适配器是内建在路由器里，主要功能为路由器与外部元件沟通的媒介，进行协定转换。例如USB 4 Host在传输USB 3资料(如图2)，由内部USB 3 Host透过USB 3 Adapter进行协定封装成USB 4 Tunneled Packet。一个路由器内部最多可以支援64个适配器。 ' _4 `# X ]) b Y' G
TMU是内建在路由器里，使用分布式时间管理单元(TMU)，在路由器间做时间同步。 图二 USB 4 的五个层级 " u, G. e' z9 p T R
USB 4把功能区分为五个层级(如图3)。 / S+ d3 L) ~6 s9 P# h3 F
Protocol Adapter Layer：负责USB 4与不同协议间进行对应，并把不同协议封装成Tunneled Packet，在USB 4介面内传递。
5 H8 U, y! p: `3 `; A# j
Configuration Layer：负责处理由Connection manager传送来的控制封包(Control Packets)，并附加路径中对应的地址(address)，确保其可靠的传送机制。 2 n" k( U. T- H0 x
Transport Layer：定义封包格式、路径、流量控制与时序控制，并产生link management Packets以提供时间同步封包、流量控制封包等。
# x2 C8 e) e3 F
Logical Layer：负责建立2个装置之间的USB 4连接，提供资料传送与接收、编码与解码，电源管理，错误侦测及复原机制，并且透过Sideband Channel进行通道初始化的沟通，包括速度及双通道沟通。 # o7 x% p! n7 W
Electrical Layer：定义USB 4电气讯号的特性，如电压、抖动、编码等。 % I# r9 A; w: z. m9 D% y$ F" U
+ _5 c% V# J5 A6 _+ A; y m0 t! x6 O' a M: R% O1 v% [! R9 T
图三 ) c; X& l) l) ~+ K" e0 X
如图4，以USB 3 Tunneling为例，USB 4 Host透过USB 3 Protocol Adaptor，将USB 3 Protocol经USB 4 Transport Layer、USB 4 Logic Layer、USB 4 Electrical Layer转USB 4 Link传送到USB 4 Hub Electrical Layer。再依图5顺序进行一连串USB 3/USB 4转换，将讯号传送到USB 4 Device。8 A: _2 X, {! D8 M
! R5 m1 F- W- H2 U K) Q图四
. h( H* U0 P+ h; m. y$ sUSB 3 隧道协议
4 v7 C3 h4 p8 O- I5 o: J9 d' K. C" ~) p1 n# n/ {
USB 4讯号由PCIe、USB 3及DisplayPort隧道协议组成。此篇幅单就USB 3隧道协议讲解。USB 3隧道协议，指的是将原始USB 3封包经由Protocol Adapter Layer 封装成Tunneled封包，藉由图5可以清楚知道，红色部分是USB 3的封包，而蓝色部分是Tunneled封包，UFP(Upstream Facing Port)与DFP(Downstream Facing Port)之间会使用Physical Layer传输。 图五 USB 4 产品类型
8 k1 t; x0 O4 O" z; z" y' e9 D7 kUSB 4 Host：产品有一个以上DFP，没有任何的UFP。 & m0 G$ n5 c r
USB 4 Hub：产品有一个UFP，并且有一个或多个DFP。 6 P! C5 h6 ?7 {
USB 4-Based Dock：产品有一个UFP，并且有一个或多个DFP，且产品内还有其他元件的功能，如储存装置或网路功能。
" E4 w6 i% ?. XUSB 4 Device：产品有一个UFP，没有任何的DFP。
" H5 e7 l2 r( T) p7 `8 ]. f6 l) f
USB 4 支援的隧道协议
% U) ]1 B/ G' n4 N b7 N+ E依据规格，对Host/Hub/Dock/Device必须支援的隧道协议有不同要求，如图6，打“Ｖ”为必须支援，其余则是可选择支援与否。 ! N2 F2 z- D) Q5 B* u* n
例如USB Host必须支援USB 3、DisplayPort 与Host-to-Host Tunneling，可以不支援PCI Express 与TBT3 Tunneling。 图六 7 d( G9 K6 s! X8 C5 D: }
9 X/ j# f2 E" Y" d V3 S
USB 4 支援的传输速率
' E6 e- k0 ]; i6 ^6 i OUSB 4支援USB 4 Gen2的20Gbps及USB 4 Gen3的40Gbps速度，是不是宣告支援USB 4就一定要支援这两个速度？
# j! O/ V- b- D0 r
对USB 4 Hub与USB 4-Based Dock来说，必须同时支援20Gbps及40Gbps。
/ d9 e7 P3 v6 h, o- P1 r
对USB 4 Host与USB 4 Device来说，可以只支援20Gbps。40Gbps可列为额外支援，非必要支援速度。 图七 USB 4传输速率提升到40 Gbps，并且可以动态分享频宽，当使用一条USB Type-C连接线就可以相容于市面上Thunderbolt 3和Display Port产品，对于消费者来说是一个更加便利的介面。但对于产品开发者来说，USB 4是一个比较大的挑战，除了产品设计和以往USB 3的产品在架构上的差异，加上高频信号在PCB及连接器上的衰减，须更关注高频阻抗匹配，在开发阶段确保传输的信号品质。
2 F6 ^/ M: S( ~* O0 }( j
$ I7 N7 |' G7 b+ D1 w, r+ X p" H5 o8 B+ [& g9 o, j
本文转自：电子产品世界# `' Y9 S. F! V- Y
) ]$ y$ D7 n" [6 ]. s | 
/1 
发表于 2020-3-18 10:18
收藏
淘帖
支持！
反对！
发表于 2020-3-18 15:13
