USB typeA、B、C介绍以及区别

一、USB物理接口

 

 

 

二、USB类型介绍

1、 USB Type-A

   1.1 概述

  • USB Type-A又可称为USB-A。相信这个接口大家不会陌生。直到现在不少PC、PC周边、手机充电器等等都依然采用了这种接口，是目前普及度最高的USB接口了。
  • USB-A亦有分为公座与母座。常见的USB-A数据线的A端就是公座，而充电器上的则是母座。这个就不用多说了。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　USB-A定义

1.2、 USB Type-A的结构

　　USB-A公座上下设计了4个凹口，与母座4个突出的弹片相互配合进行固定。所以多次拔插的USB-A公座上会有明显的划动轨迹。

2、MicroUSB

2.1概述

　　由于USB-A的体积相对较大，对于一些便携或者体积较小的设备并不友好。MicroUSB因需求而诞生了。MicroUSB的Pin脚定义与各类USB相近，但多了一Pin为ID空白设计。而正如刚才所说，MicroUSB更多用在一些手机（目前已经全面转向USB-C接口）、各种类型的USB小型设备（如USB风扇）。目前MicroUSB的成本较低的原因，大量单价较低的USB设备依然选择这种USB接口。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　MicroUSB两侧有卡扣弹片

2.1、MicroUSB的结构

　　MicroUSB使用2个突出的小卡口与母座上的镂空位置进行卡扣配合，由于卡扣使用类似弹簧的形式，多次拔插后当卡扣回复幅度越来越小，固定性能则会越来越差。到最后，将会无法卡紧接口导致接触不良甚至接口脱出。

1.3 - USB-A / MicroUSB高速接口

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　USB 2.0 / 3.2 Pin脚定义

　　　由于USB-A与MicroUSB诞生时在设计上亦没有考虑到高速数据传输的问题。在推出USB 3.0（现已更名为USB 3.2 Gen 1，下文均用此名词表述）时原来的硬件设计并不能满足这个条件。最后，USB IF推出了全新的USB-A设计，在内部增加了一组共4根线路的SSTX/SSRX用于高速数据传输。并增加了一根GND作屏蔽使用。至此USB-A亦可以进行高速的数据传输了。

　　反观MicroUSB的接口设计并不像USB-A内部空间充足，无法在内部塞进更多的Pin。在那个时候没有USB-C接口的存在。为了让小型USB设备支持USB 3.2的传输速度，需要更改MicroUSB的设计结构，USB IF决定在原本MicroUSB的造型一侧增加结构设计，并在里面增加了5根Pin（Pin定义与USB 3.2 Type-A是一致的）。从而支持USB 3.2 Gen 2的传输速度。目前作为移动硬盘的传输接口占了大头。

P.S：USB 3.2 Gen 1 / Gen 2的Pin定义相同。但Gen 2传输速度更高，用料方面要求也要求更高了。在较新的PC芯片组上均整合了USB 3.2 Gen 2 A型接口。

P.S2：MicroUSB高速接口的设计工艺要求较高，良率相对较低，应用场景较少（主要是接口的结构设计并不算太合理）。当USB-C成本下降后，相信该接口会被迅速淘汰。

P.S3：按照理论，MicroUSB高速接口也应该能运行到USB 3.2 Gen 2的传输速度，但当Gen 2普及时已经有USB-C撑起大旗。基本没什么人用这款接口做到USB 3.2 Gen 2的设备上。

2、 USB Type-C

2.1 概述

　　USB Type-C，又称USB-C。是目前USB接口中最新推出的物理接口，虽然体积并没有MicroUSB小，但功能与性能上吊打了MicroUSB。并且加入了正反盲插功能更为人性化。而智能手机开始全面淘汰MicroUSB亦证明了USB-C的设计的强大性。而USB-C的设计考虑到未来众多发展上的方向，各项性能提升至于亦加强了部分功能上的内容。从而使其从过往USB只有4 - 10Pin暴增到最多24Pin（公头满Pin为22Pin）。为了让所有设备进行大统一，USB-C的设计非常先进，是目前性能、功能最强的USB接口。

2.2 USB-C的特性

  • 基准设计电流3A，通过配合USB PD协议，供电性能可达100W；

  • 正反盲插设计，更为人性化；

  •  高达40Gbps的传输速度（仅ThunderBolt3）；

  • 支持DP，可为显示器提供高清视频、音频信号输出；

  • 可通过Pin / EMaker的选用，实现不同的功能。

USB 2.0设计的USB Type-C，去掉了2组SSTX与SSRX，来源为USB IF的技术文档

 

USB Type-C满Pin设计，来源为USB IF的技术文档

2.3 Pin脚简析

  • 4组VBUS（占用了4Pin）GND（占用了4Pin） - 由于USB IF设计USB-C的初衷就是所有设备的问题，用一个接口解决，早已考虑除智能手机外一些便携设备的充电需求。配合USB PD协议支持高达100W的功率输出。由于PD功能输出高达5A的缘故，在过往的物理接口上只有1Pin的VBUS并不适合与传输大功率。故USB-C型接口增加到4Pin的VBUS使其能进行更大电流的传输，而在线材设计上。线身部分依然只有一根VBus进行供电（但粗不少）。
  • 2组SSTX与SSRX（占用了8Pin） - USB-C在初期设计已经支持USB的高速数据传输，并且比起传统的USB接口更是多出了一组SSTX与一组SSRX，2根SSTX与SSRX组成一组全双工差分信号。USB-C上的SSTX / SSRX可作为USB 3.2&4、PCI - E（Thunderbolt 3&4，USB 4)、Display Port（即DP ALT Mode，USB IF部分仅USB 3.X才会这样使用，USB 4工作原理有产生变化）的定义使用。在最新的USB 3.2 Gen 2规范上，可以利用各2组SSTX与SSRX同时传输（共4组），使其传输速度高达20Gbps，而在ThunderBolt 3下定义为PCI - E更能提升到40Gbps。这是USB-A、MicroUSB 3.0不能达到的速度。由于USB-C可以传输DP的原因，USB显示器是最大受益者。
  • D+/D - （母座设计为两组占用4Pin，公座只有一边一组即2pin，剩余2Pin悬空） - D+/D - 不用多说，源用至今的USB 2.0传输就靠它。由于只需要一组，并且正反可插，故公座的规范只设计一边。
  • CC / VCONN（2组，正反各1共2Pin） -CC Pin为USB-C新增定义的Pin脚之一，主要负责协议上的通讯。而VCONN亦是新增Pin之一，主要为USB-C内的EMarker供电。
  • SBU（2组，正反各1共2Pin） - USB-C上新增的Pin脚。SBU会被用在交替模式(Alternate Mode)和音频适配器附件模式(Audio Adapter Accessory Mode)。例如在DP Alt Mode下，SBU则会用作AUX音频传输用途。

　　NVIDIA的RTX20系列显卡将USB-C的新特性运用到淋漓尽致。利用USB-C为VR头戴式显示器供电、传输视频、音频。

　　考虑到USB-C的性能与功能大幅提升，那么对线材的要求也会相对提升。但是问题来了，怎么判断这个线材的优劣呢。为此USB IF加入了EMarker芯片（类似于苹果Lightning接口上的芯片），以定义各种工作模式。在目前来说，这个规则只应用在USB-C to C的线材上。而A to C的线材仅有长度与电流限制。

USB-C的应用规格的设计规范，来源为USB IF的技术文档

　　从上表可以看出，USB-C to C的线材只有一个情况是不需要增加EMarker的，就是运行USB 2.0+3A电流以下的线材。这种线材通常用于一些手机与60W以内的笔记本使用。相对价格也是较为便宜。而想支持USB 3.2或者是5A大电流通过？那么必须要增加EMarker芯片。而EMarker芯片也分多种，具体还是要看该数据线用在什么应用场景去搭配，并且该芯片不便宜。

 

苹果USB-C to Lightning使用的高品质一体成型USB-C公头-图片引用自充电头网

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　普通的冲压铆合USB-C头

　　USB-C有分很多种，在相同等级下，一体成型的USB-C头可靠度会高于冲压铆合头。铆合的头在其中一侧有明显的铆合线，这点可以从产品图上观测得出。目前高品质数据线基本都采用了一体成型头，但有少数冲压铆合头的工艺亦做得非常好。只能说一分钱一分货了。当然，上图苹果那种变态规格的可靠度已经超越了许多厂商了，价格也是非常恐怖。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各USB物理接口参数总结

 

USB IF推出的官方语言使用指南

然而在USB IF官方一些LOGO使用准则的文档上，至今USB 3.2 Gen 2×2 LOGO还没设计。而SuperSpeed+等定义不用于市场推广上的传递，但许多媒体好像都用技术文档的术语传播啊？官方的定义好像并没什么人认真看过的样子。

2.2 - USB 2.0简析

USB 2.0 Logo

由于USB 1.0 / 1.1在现在的设备上已经很少见了。这里简单说说我们常见的USB 2.0。USB 2.0拥有Low - Speed（就是USB 1.0，市场推广中为Basic-Speed）、Full - Speed（就是USB 1.1，市场推广中为Basic-Speed）、High - Speed（市场推广为Hi-Speed）三种规格。其中High - Speed就是USB 2.0的最高传输规格，最高达480Mbps换算回来则60MB/s。虽然说是有60MB/s，但在实际使用中大约在30 - 40MB/s已经是极限了。随着硬盘到达T级，一部1080P电影也高达数G的现在，这个传输速率实在不怎么够用了。

USB2.0的双总线系统架构，使USB2.0能向下兼容。来源为USB IF的技术文档。

2.3 - USB 3.2简析

USB 3.2 Gen 2×2好像没出过官方LOGO，找个USB 3.2 Gen 2的LOGO先凑合

最新的USB 3.2其最大的特性就是实现了双通道传输功能，从而实现20Gbps的高速传输。继USB 3.0 / 3.1后，USB 3.2的标准规范于2017年9月亦发布出来了。按照USB IF的惯(niao)例(xing)，USB 3.0 / 3.1全家升级为USB 3.2。

USB 3.2各版本开发术语，没想到吧，USB 3.2 Gen 2×2在开发术语中依然归类为SuperSpeed+

此前的规范只能使用一组SSTX与SSRX，最大只能实现10Gbps的速度。USB3.2则将两组SSTX与SSRX同时使用，最大速度增加到20Gbps。由于过去的USB-A、USB-B、MicroUSB最多只有一组SSTX与SSRX，故USB 3.2 Gen 1×2与USB 3.2 Gen 2×2只有USB-C才能支持。

2.3.1 - USB 3.0 / 3.1 / 3.2有什么区别呢？

  • USB 3.2 Gen 1x1：使用8b/10b编码，单通道5Gbps数据速率；（实际为USB3.0 / USB3.1 Gen 1更名，市场推广名称中为USB 3.2 Gen 1 / SuperSpeed USB）
  • USB 3.2 Gen 1x2：使用8b/10b编码，双通道10Gbps数据速率；（USB3.1 Gen 1双通道模式，该模式并不在官方语言使用指南上。算是个备用模式？）
  • USB 3.2 Gen 2x1：使用128b/132b编码，对比8b/10b编码的20%损耗降为3%，单通道10Gbps数据速率；（实际为USB3.1 Gen 2更名，市场推广名称中为USB 3.2 Gen 2 / SuperSpeed USB 10Gbps）
  • USB 3.2 Gen 2x2：使用128b/132b编码，对比8b/10b编码的20%损耗降为3%，双通道20Gbps数据速率。
  • USB 3.2兼容现有的线材，并且支持SSTX与SSRX的无缝切换。但是支持USB 3.2的设备极少，其能搭配的配件也非常高昂。（像一根支持USB 3.2 Gen 2的USB-C to C的数据线都要几十块，完美支持数据传输与5A电流的数据线更贵）。

2.3.2 SB 3.2与WIFI、移动网络的冲突

USB 3.2与手机WIFI与信号都存在频段打架问题，要降低USB高速传输所带来的影响

  • 加强线材与接口的屏蔽
  • 拉开相互之间的距离
  • 降低USB 3.2的传输速度
  • 无线频段换成5GHz

　　故现在不少手机日常使用中依然使用USB 2.0，部分手机将USB 3.2作为可选选项供用户选择、加强线材与手机的用料或是进行速度限制降低减少噪声产生。智能路由器的USB 3.2与天线也比较接近的原因，亦增加了USB 3.2兼容模式，其做法就是降低USB 3.2的速度。

INTEL官方文档，USB高速传输对2.4GHz Wifi的影响

3章 - 全文总结

那么，USB各版本的简析至此。而USB-C其实还加入了一个非常重要的新技术：USB Power Delivery。这个技术才是让USB支持高达100W输出的重点。最后来总结一下本文突出的几个重点：

  • 规格、市场推广术语与开发者术语关联但相互独立，故一个速度规范拥有多个说法；
  • Low-Speed、Full-Speed的市场术语统一为Basic-Speed USB；
  • USB 3.2 5Gbps / 10Gbps / 20Gbps的市场推广术语分别为SuperSpeed USB / SuperSpeed USB 10Gbps / SuperSpeed USB 20Gbps；
  • USB-C是大统一未来，硬件设计上全面超越了过往的USB接口；
  • 供电性能与版本号无关，只与接口以及协议有关；
  • USB 3.0 / 3.1已经改名，而且没多少人知道改名了；
  • USB 3.2 20Gbps普及尚需时间，目前支持完整20Gbps的设备极少。

三、区别

Type-C与Type-A、Type-B三种接口最大的区别在于使用范围的不同。

  • Type-A主要用于电脑PC端以及充电器等设备，是目前应用范围最广的USB接口标准，普及率高，但这种接口类型也有其弊端，需要区分正反面，并且接口体积比较大。

  • Type-B标准接口主要应用于3.5寸移动硬盘、以及打印机、显示器等的连接，日常生活中出现较少。

  • Type-C是最新型的移动端USB接口类型。Type-C接口是USB 3.1的标准，这种接口的优势在于设计小巧，插座端尺寸仅为8.3mm乘2.5mm，传输速度快，最高传输速度可达10Gbps，此外还具备最高100W的强力电力输出能力。

 

USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术。

通用串行总线 (Universal Serial Bus，USB) 是一种新兴的并逐渐取代其他接口标准的数据通信方式，由 Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC及Northern Telecom 等计算机公司和通信公司于1995年联合制定，并逐渐形成了行业标准。

posted @ 2022-10-25 12:20  轻轻的吻  阅读(32073)  评论(0)  编辑  收藏  举报