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USB 3.0

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The Super-Speed USB Logo
USB與Thunderbolt的速度比較表

USB 3.0[1]，其USB速率模式稱為「Super Speed」，是USB（Universal Serial Bus）的第三個主要修訂版本。曾名为USB 3.1 Gen 1，现名为USB 3.2 Gen 1×1，其主要技術標準有：支援全雙工，並採用發送列表區段來進行數據發送，供電標準為900mA，傳輸速度為5Gbit/s。USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.1版本，并採用三級多層電源管理技術，可以為不同設備提供不同的電源管理方案。

USB 3.0採用新的封包路由傳輸技術，線纜設計8條內部線路，除VBus和GND作為電源提供線外，剩餘3對均為數據傳輸線路——其中保留D+與D-兩條兼容USB 2.0的線路，新增專為新版所設的線路SSRX與SSTX，因此USB 3.0比USB 2.0多了數個觸點。USB 3.0的Standard-A接口繼續採用與早先版本一樣的尺寸方案，接頭採用藍色外觀（USB 2.0 Standard-A接口採用黑色外觀），只是內部觸點有變化，新的觸點將會並排在目前4個觸點的後方。引入展頻時脈技術，降低電磁輻射的逸散。

Intel發表的xHCI規範支持USB3.0的接口，且向下兼容USB 2.0的接口。Windows 8和後續的Windows作業系統都內建原生的USB 3.0支援。

電磁干擾

USB使用差分信号進行資料傳輸，以USB 2.0為例，要達成480Mbps的傳輸率，那麼其傳輸的差分信号运作頻率須為240MHz，USB 3.0需要2.5GHz的差分信号頻率方能達成5Gbps傳輸率。而爲了降低高運作頻率產生的電磁干擾，USB 3.0引入扩频，將原本集中在2.5GHz頻率的能量，USB 3.0以2.5GHz為中心呈現正弦的絕對值分布，降低2.5GHz集中的能量，這樣下次出現能量集中的地方為三次谐波7.5GHz（也因這樣所以在USB 3.0線材規範中都有針對7.5GHz制定要求）。[2]

然而，2.5GHz的運作頻率與ISM頻段（2.412～2.462GHz）靠得太近，加上展頻時脈技術的緣故，原本單一的2.5GHz訊號的能量會延展成從直流到數GHz的頻寬干擾，令USB 3.0在運作時其電磁波訊號的能量會覆蓋ISM頻段的訊號，也無法使用濾波器過濾訊號。因此同一電路板上USB 3.0無法與藍牙、2.4GHz頻段的WLAN在相鄰不遠的情況下一同運作，而USB論壇針對此一現象，也僅能要求製造商將電磁遮蔽做好，從USB插槽、線材、直到外接裝置端都要做屏蔽接地的動作，盡量壓低輻射出來的電磁波。[3][4]而實測表明USB 3.0與藍牙、2.4GHz的WiFi裝置在靠近的情況下，出現了斷流、連線中斷、傳輸效能明顯下降等情況，而將USB 3.0的連接點做好遮蔽，或者將藍牙、2.4GHz WiFi等裝置使用延長線連接並遠離USB 3.0裝置，同時運作的干擾問題明顯改善。[5]

USB 3.0與ISM頻段的電磁相容性問題，也間接令不少行動裝置（如智能手机）等沒有考慮對USB 3.0的支援，但也有一些智慧型手機支援USB 3.0（如三星Galaxy Note 3）。[6]

針腳定義

USB 3.0 Standard-A和Standard-B[7]
针脚编号 颜色 信号
（Type A）		 信号
（Type B）
1 红色 VBUS
2 白色 D−
3 绿色 D+
4 黑色 GND
5 蓝色 StdA_SSRX− StdB_SSTX−
6 黄色 StdA_SSRX+ StdB_SSTX+
7 Shield GND_DRAIN
8 紫色 StdA_SSTX− StdB_SSRX−
9 橙色 StdA_SSTX+ StdB_SSRX+
USB 3.0 Powered-B[7]
针脚编号 信号 描述
1 VBUS POWER
2 D- USB 2.0 DIFFERENTIAL PAIR
3 D+
4 GND Ground for Power Return
5 StdB_SSTX- Superspeed transmitter differential pair
6 StdB_SSTX+
7 GND_DRAIN Ground for signal return
8 StdB_SSRX- Superspeed receiver differential pair
9 StdB_SSRX+
10 DPWR Power provided by device
11 DGND Ground return to DPWR
  • USB 3.0硬體類型
  • USB 3.0 Standard-A
    USB 3.0 Standard-A
  • USB 3.0 Standard-B
    USB 3.0 Standard-B
  • USB 3.0 Standard-B插頭
    USB 3.0 Standard-B插頭
  • USB 3.0 Micro-B
    USB 3.0 Micro-B
  • USB 3.0 Micro-B首五針與USB 2.0相同
    USB 3.0 Micro-B首五針與USB 2.0相同

USB 3.1

USB 3.1的官方標誌

USB 3.1 Gen 2×1（SuperSpeed+，官方全名：SuperSpeed USB 10 Gbps）是基於USB 3.0（USB 3.1 Gen 1×1）改良推出的USB連接介面的最新版本。2013年底，負責制定USB 3.0規範的組織USB 3.0 Promoter Group公佈了下一代USB 3.1介面的標準規範。2014年4月，負責USB介面規範的USB開發者論壇（USB-IF）公佈了USB 3.1連接介面設計圖，包括Type-A、Type-B以及全新設計的Type-C[8][9][10][11][1]。

標準的Type-A是目前應用最廣泛的USB介面，Type-B主要用於打印机和傳真等設備，而Type-C用於更輕薄、更纖細的手持設備。2017年後推出的智能手机，其充電傳輸接口幾乎都從之前的microUSB改為USB Type-C。

請注意，USB 3.1 Gen 2在2019年更名後的正確名稱為USB 3.2 Gen 2×1，而USB 3.0則更名為USB 3.2 Gen 1×1。

版本 名稱 頻寬 編碼 備註
USB 3.1 Gen 1 SuperSpeed 5 Gbit/s 8b/10b 與USB 3.0相同
USB 3.1 Gen 2 SuperSpeed+ 10 Gbit/s 128b/132b 新標準

歷史

  • 2013年底，負責制定USB 3.0規範的組織USB 3.0 Promoter Group公佈下一代USB 3.1介面的標準規範。
  • 2015年，USB開發者論壇協會公告：“USB 3.1更名為USB 3.1 Gen2，速度為10 Gbit/s (1250 MB/s)。這才是真的USB 3.1”。而USB 3.0更名為USB 3.1 Gen1。[13]
  • 2019年，華碩推出ROG Phone II，成為全世界第一部支援USB 3.1 Gen2的手機。

與USB 3.0比較

  • 理論最高傳輸速度由USB 3.0的5 Gbit/s提升為10 Gbit/s
  • 供電最大100W，電壓和電流都會提高
  • 新增Type-C介面，其插座和線材不會相容原有Type-A / Type-B
  • 降低編碼損耗，將編碼方式由8b/10b改為128b/132b，讓編碼損耗從原來3.0的20%降低為3%
  • 雖然向下相容USB 2.0/1.0，但如果要得到10Gb/s的傳輸速度仍需在主機、目標端同時具備對應的晶片才能達成

Type-C介面

USB-C接頭
主条目：USB Type-C

基於USB 3.1規範全新設計的USB Type-C，外觀上最大特點在於其上下端完全一致，這意味著用戶不必再區分USB正反面，兩個方向都可以插入。

USB Type-C介面尺寸為8.3×2.5毫米，小於當前PC的USB介面，但大於許多手機採用的尺寸6.85×1.8毫米的micro-USB介面。至於電力傳輸規格，線材標準為5A，而連接器為3A。

Type-C由於不相容現有的任何類型，因此需要額外設計轉接設備。全球首套USB 3.1主控端與裝置端原型，則由祥碩科技於2014年的USB-IF年會中發表，但因速度僅較USB 3.0快一倍（理論值，實際上不到一倍）。因此於2014年時，眾多大廠仍以主流規格USB 3.0為主及設備端廠商也極少願意跟進投入開發對應的USB3.1產品。[14]

USB Type-C還可整合DisplayPort[15]、USB Power Delivery、Thunderbolt。

USB 3.2

USB 3.2是2017年7月25日USB開發者論壇（USB Implementers Forum）宣佈基於USB 3.1改良推出的USB連接介面的最新版本，除了將傳輸速度從10Gbps倍增至20Gbps，也建議各裝置統一採用Type-C型式端子為主。此外USB 3.2也能向下相容於較舊的規範，無論是將USB 3.2裝置插入舊端子，或是將舊裝置插入USB 3.2端子，仍能以較低的速度正常運作。

版本 名稱 頻寬 編碼 传输速率 模式 舊名稱 備註
USB 3.2 Gen 1×1 SuperSpeed USB 5Gbps 5 Gbit/s 8b/10b 0.5 GB/s 單通道 USB 3.0
USB 3.1 Gen 1		 可簡稱USB 3.2 Gen 1
USB 3.2 Gen 1×2 不適用 10 Gbit/s 8b/10b 1 GB/s 雙通道 新標準 只支援Type C
USB 3.2 Gen 2×1 SuperSpeed USB 10Gbps 10 Gbit/s 128b/132b 1.2 GB/s 單通道 USB 3.1 Gen 2 可簡稱USB 3.2 Gen 2
USB 3.2 Gen 2×2 SuperSpeed USB 20Gbps 20 Gbit/s 128b/132b 2.4 GB/s 雙通道 新標準 只支援Type C

規格與USB 3.1比較

  • 使用最新的Type-C傳輸線，並可向下相容[16][17]。速度是USB 3.1 Gen2的兩倍，允許兩條10Gbps傳輸通道，所以傳輸速度達到20Gbps，但只能在Type-C傳輸線上產生效果（並非所有Type-C傳輸線都支援USB 3.2 Gen2x2，一些Type-C傳輸線只支援到USB 2.0，或只支援到USB 3.1 Gen2）。[18][19]
  • 借鑒了PCI Express的通道（Lane）設計。USB 3.2 Gen2x2因為使用了兩條通道的設計，必須使用Type-C傳輸線。
  • 雖然向下相容USB 2.0/1.0，但如果要得到20Gb/s的傳輸速度仍需在主機、目標端同時具備對應的晶片才能達成。

技術突破

  • USB 3.2成功於現有的USB Type-C傳輸線上實現雙通道，但仍繼續使用現有之SuperSpeed USB物理傳輸率及技術。[17]

新规

2022年2月，USB-IF组织对USB的命名进行了重新调整，USB3.2一系列名称被废止，并改为以传输速率为标准的名称（480Mbps规格除外），并要求各厂商在在USB设备商上标注具体的传输速率以方便消费者。同时，该规定取消了原来10Gbps的传输速率档位和100W功率档位，并且USB-IF组织将不再对该两档位的新设备认证。[來源請求]

参考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 johnpam (johnpam11). 改完又改USB 3.0/USB 3.1通通取消USB-IF更新命名規範全部納入「USB 3.2」 @ Johnpam just enjoy this beautiful life :: 痞客邦 ::. Johnpam just enjoy this beautiful life. [2019-03-09]. （原始内容存档于2020-06-03） （中文（臺灣））. 
  2. ^ USB 3.0 隱藏缺陷 2.4GHz 射頻干擾 ：原理、影響、解決一次看懂. techbang.com. 2013-12-17 [2018-10-06]. （原始内容存档于2021-04-18） （中文（臺灣））. 
  3. ^ USB 3.0* Radio Frequency Interference Impact on 2.4 GHz Wireless Devices (PDF), [2018-10-06], （原始内容存档 (PDF)于2017-06-11） 
  4. ^ Lynn, Samara. Wireless Witch: The Truth About USB 3.0 and Wi-Fi Interference. PCMag.com. 2013-09-05 [2014-07-14]. （原始内容存档于2019-02-03）. 
  5. ^ USB 3.0 隱藏缺陷 2.4GHz 射頻干擾 ：原理、影響、解決一次看懂 page 4. techbang.com. 2013-12-17 [2018-10-06]. （原始内容存档于2020-10-24） （中文（臺灣））. 
  6. ^ 手机厂商阉割Type-C接口的真相：影响手机信号！. [2018-10-06]. （原始内容存档于2021-02-24）. 
  7. ^ 7.0 7.1 USB 3.0 Interface Bus, Cable Diagram. [2013-12-05]. （原始内容存档于2021-03-29）.  100806 interfacebus.com
  8. ^ 8.0 8.1 正反皆可插，USB 3.1 Type-C樣式出爐. [2015-02-02]. （原始内容存档于2021-04-19）. 
  9. ^ USB 3.1規格速度10Gbps、100W供電業界推出全新USB Type C介面標準規范. HKEPC. [2013-12-05]. （原始内容存档于2020-06-03）. 
  10. ^ 10.0 10.1 USB 3.1 SuperSpeed standard finalised. bit-tech. [2015-02-02]. （原始内容存档于2017-01-13）. 
  11. ^ 11.0 11.1 Render offers an early look at the new reversible USB Type-C cable. TNW. [2015-02-02]. （原始内容存档于2020-06-03）. 
  12. ^ USB 3.1規格速度10Gbps、100W供電業界推出全新USB Type C介面標準規範. HKEPC. [2013-12-05]. （原始内容存档于2020-06-03）. 
  13. ^ USB 3.1 Specification Language Usage Guidelines from USB-IF (PDF). usb.org. [2023-04-17]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-17） （英语）. USB 3.1 Gen 1 and USB 3.0 terms are synonymous 
  14. ^ USB 3.1市場下半年起飛. 蘋果日報. [2019-06-01]. （原始内容存档于2017-07-28）. 
  15. ^ 存档副本. [2019-06-01]. （原始内容存档于2021-04-10）. 
  16. ^ USB.org - Documents. www.usb.org. [2017-10-19]. （原始内容存档于2012-06-01）. 
  17. ^ 17.0 17.1 USB 3.2正式公布：飆速！. XFastest News. [2017-10-22]. （原始内容存档于2017-10-31） （中文（臺灣））. 
  18. ^ USB 3.2 is the latest USB-C specification, because there weren’t enough already. The Verge. [2017-12-19]. （原始内容存档于2021-11-18）. 
  19. ^ USB 3.0‧3.1 再度易名！全部統稱 USB 3.2 亂上加亂 - ezone.hk - 科技焦點 - 電腦. ezone.hk 即時科技生活. [2020-04-22]. （原始内容存档于2020-06-03）. 

外部鏈結

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