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USB项目培训1培训内容•USB历史版本比较•USB3.1最新Type-C介绍•USB版本标志及接口认识•USB3.1TYPE-C未来市场前景•USB3.1TYPE-C产品的生产难度•USB规格及标准认识•USB3.1标准成品线方案•USB3.1测试及认证2培训要求1.学会区分USB各种接头2.熟悉2.0/3.0/3.1的线材规格3.熟悉USB3.1Type-C的新特性4.熟悉USB3.1的使用长度限制其它内容了解一下就可以了3USB历史版本比较4版本最大传输速率版本名称最大供电能力推出时间USB1.01.5Mbps(192KB/S)LowSpeed低速5V/500mA1996年1月USB1.112Mbps(1.5MB/S)FullSpeed全速5V/500mA1998年9月USB2.0480Mbps(60MB/S)HighSpeed高速5V/500mA2000年4月USB3.05Gbps(640MB/S)SuperSpeed超速5V/900mA2008年11月USB3.15Gbps(640MB/S)SuperSpeedGen120V/5A2013年12月10Gbps(1280MB/S)SuperSpeedPlusGen2USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”1Gbps=1024Mbps1A=1000mAUSB3.1Type-C介绍52.4mm6.5mm/max8.25mm6.5mm12.5mm/max目前USB最新版本为3.1，有Type-A和Type-B接口，另新增Type-C(24PIN)的接口，目前只有Type-CTOType-C的连接线能达到10Gbps的传输速率USB3.1Type-C介绍6信号理论传输速度：10Gbps，未来可达20Gbps最高支持影音传输4094*2304@30FPS的4K显示最高电力供应20V/5A,100W，充电速度更快可以不分方向正反插，接口友好易用1234USB3.1Type-C介绍7USB3.1TypeC的应用:Storage数据储存Audio音频Display视频显示Power供电Network网络MobilePhone手机Keyboard键盘Mouse鼠标USBTypeCUSB版本标志及接口认识8USB版本标志:USB1.0(1996)USB1.1(1998)USB2.0(2000)OTG(2002)WirelessUSB(2007)USB3.0(2008)USB3.1(2013)USBPD(2012)用于USB2.0及以下版本用于USB3.0/3.19USB版本标志及接口认识除了Type-C接头外，USB还有如下的接头类型：10USB版本标志及接口认识USB2.0/USB3.0常用接头：11USB版本标志及接口认识USB2.0A公最常用的接口，广泛用于电脑主板上USB2.0B公，用于打印机连接USB2.0MicroB公，最常用的接口，广泛用于手机充电接口USB2.0MiniB公，比MicroB公略大，应用不多，一些玩具、U盾上有用到USB2.0常用接头：12USB版本标志及接口认识USB3.0A公最常用的接口，广泛用于电脑主板上接口默认用蓝色的胶USB3.0B公，用于打印机连接接口默认用蓝色的胶USB3.0MicroB公，目前三星的一些手机有配易用性较差，应用比不上2.0的MicroB公USB3.1包括以上三种3.0的接口，另外新增一款Type-C的接口USB3.0/3.1常用接头：13USB版本标志及接口认识4.5mm4.7mm1.8mm4.0mm10.4mm2.4mm接口厚度对比：USBType-ADisplayPortUSBMicroBPower纤薄USB3.1Type-CUSBType-BUSB3.1Type-C未来市场前景142015年3月，欧洲议会全体会议以550票支持、12票反对的表决通过一项立法草案，在2017年强制统一移动设备的充电器接口标准为USB3.1Type-C接口。USB3.1除了电脑领域外，手机、平板也会在明年全速普及，而这项技术也是得到Intel、谷歌、微软及苹果的支持。目前市面上的诺基亚平板N1、苹果新MacBook笔记本、谷歌AndroidM手机等设备已配备了Type-C接口目前移动设备中更新更换频率最高的就是智能手机，其次是平板/笔记本，最后是台式电脑。当下的智能手机高端一些基本都是配高通的810CPU、夏普的屏幕、索尼的摄像头、三星的内存这些顶级的配置，而电池技术目前没有突破，外观设计也难以突破，再加上现在很多手机支持4K拍摄，据以上信息可以预测到，在2016年的新手机，USB3.1TypeC接口将成为一个最大卖点，那么最先火起来的就是C对A的连接线以及C对C的连接线。综上所述，USB3.1中的TypeC最有可能成为未来的连接标准，提供数据传输、外设连接、显示输出等一体化的连接方案。USB3.1Type-C的生产难度15目前USB3.1Gen2的最高速度10Gbps，测试的频率是15GHz，在线材押出、连接器设计、线束加工三个方面都面临着巨大挑战。线材押出方面，从理论计算，32#对绞版的3.1线材最多能做到1米，而同轴版是1.2米，这只是理论推算，实际制程不可能达到理论长度，目前只有日本住友的USB3.1同轴版能量产稳定通过1米，国内最多能做到0.8米，量产还不一定非常稳定。所以线材方面对材料选择、设备稳定性、制程控制都达到瓶颈。没有绞线退扭的设备和TDR测试仪作为基础，则无法保证量产稳定，制程管控则无从谈起。故供应商方面，如果没有这两种设备，量产也说能保证就是在吹牛。USB3.1Type-C的生产难度16连接器方面，Type-C多针脚、高功率、高频宽及小体积，传输时衍生更严重的散热、电源杂讯和电磁干扰(EMI)、结构强度、使用寿命等问题，所以在连接器方面，PCB设计、产能开出、良率提升、制程优化才刚起步，专利也在此展开，温度方面，协会用红外线检测接头的温度不能超过30摄氏度。USB3.1Type-C的生产难度17加工方面，也要预先了解连接器和线材的阻抗是否匹配，以在后续减少回波损耗造成的干扰，加工要重点控制EMI，开芯线5-7mm，尽可能的开短，以减少对铝箔和芯线的破坏、预防焊接PIN脚电弧积炭、优化焊接排线距离、提高设备稳定性等手段来控制EMI，一旦信号受到干扰，传输速度就会下降，达不到10Gbps的速率。目前只有同轴结构的加工损耗比较小，因为开线距离可以比较短，信号损失也就小。而对绞结构的开线距离就相对同轴的要长了，如果像HDMI那样开15mm，EMI影响就大很多，导致加工极其困难，良率很低。USB3.1Type-C的生产难度18USB协会认证3.1的成品线，只接受1米头到头的长度。稳定有余量加工的线材、设计良好的连接器再加上加工方面的控制，才能真正做出满足10Gbps速率的USB3.1连接线。开线5-7mmUSB规格及标准认识19USB2.0线材截面图(协会标准):(1P+2C)+ADBUTP对绞(白*绿)信号对绝缘为HDPED+/D-只对绞，不另外包铝箔屏蔽GND地线绝缘为PVC+5V电源绝缘为PVC编织屏蔽网USB2.0的工艺要求比较简单，信号对不需要做发泡也可以，也没有额外加铝箔屏蔽信号对。或者白绿不对绞，直接四芯总绞也可以，但白芯和绿芯要挨在一起即可。目前一些低端市场直接做单股铜导体，甚至做CCS，也不做屏蔽。USB2.0数据是单向传输，不能同时进行双向传输。最大传输速率为480Mbps。USB规格及标准认识20USB2.0主要物理电气性能指标测试项目物理电气性能指标特性阻抗Impedance90±15%Ω信号对衰减SignalPairAttenuation-0.95dB@24MHz，-1.35dB@48MHz-1.90dB@96MHz，-3.20dB@200MHz-5.80dB@400MHz信号对传播延时差PropagationDelaySkew≤100ps信号传播延时PropagationDelay≤26ps≤10psforMicro系列插拔次数Durability≥1500次≥5000次(Mini“B”)≥10000次(Micro系列)1秒等于1000,000,000,000皮秒(ps)，即1ps等于亿万分之一秒USB规格及标准认识21特性阻抗Impedance：指信号线传输过程中的电流电压比，当电压电流发生变化时，电磁场也跟着变化，就会导致信号反射等问题而影响信号传输质量(衰减变大)，所以要保证线材到接头段/设备端的阻抗稳定以减少信号反射。阻抗波动受芯线发泡结构、导体ID、芯线ID、包带松紧度、屏蔽等因素的影响，另外线材和连接器的阻抗也要接近，差距越小越好。专有名词解释USB规格及标准认识22插入衰减Attenuation:信号在传输介质中传播时，将会有一部分能量转化成热能或者被传输介质吸收或被反射，从而造成信号强度不断减弱(甚至失真造成接收端无法识别信号)，这种现象称为衰减。信号传输的频率越高，反射串扰的问题就越严重，衰减值用于判断信号传输的质量。衰减值受阻抗波动(反射、串扰)、导体材质及表面光洁度、绝缘材质及结构、使用长度等因素影响专有名词解释USB规格及标准认识23延时差DelaySkew：该值反映信号传输的同步性，如果信号传输不同步会造成传输失败。该值受芯线的物理长度(物理张力造成不一致)及芯线的质量影响(阻抗/发泡结构)等专有名词解释B芯线A芯线传输距离延时差=A芯线的传输时间-B芯线的传输时间而Delay延时的意思是信号发出到被接收的时间为延时USB规格及标准认识24线规UTP衰减决定的长度(1P)电子线压降决定的长度(2C)20AWG/7.522AWG/4.524AWG/2.625AWG5.02.026AWG4.51.628AWG3.01.030AWG2.50.632AWG1.50.3534AWG1.0/例如(1P*26AWG+2C*28AWG]+ADB的结构，UTP可以到4.5米，电子线压降可以到1.0米，那么此规格最终使用长度是由其中最短的决定，即此规格可以保证的最长使用长度为1.0米。结论：USB2.0的使用长度，要同时结合UTP和电压降这两个因素来决定USB2.0规格对应最大使用长度USB规格及标准认识25USB3.0线材结构USB3.0线材对绞结构[(1P+D+AL)*2P+1P+2C]+ADBSDP屏蔽对(USB3.0)：(1P+D+AL)*2PUTP屏蔽对(USB2.0)：白*绿(1P)红/黑电源2CUSB3.0线材同轴结构[(1C+SP+AL/MY+MY)*4COAX+1P+2C]+ADB4同轴：(1C+SP+AL/MY+MY)*4COAXUSB3.0增加两对高速SDP信号对，用于双向高速传输数据，最高速率达5GbpsUSB规格及标准认识26USB3.0主要电气性能标准测试项目物理电气性能指标特性阻抗Impedance线材：90±7%Ω(对绞)线材：45±3Ω(同轴)连接器：90±10%ΩSDP信号对衰减SignalPairAttenuation-1.20dB@0.625GHz，-1.80dB@1.25GHz-2.65dB@2.5GHz，-4.35dB@5GHzSDP信号对传播延时差PropagationDelaySkew≤15ps回波损耗DifferentialReturnLoss-20dB@100MHz，-20dB@1.25GHz-15dB@2.5GHz，-5dB@7.5GHz差分转共模DifferentialtoCommonModeConversion≤-20dB插拔次数Durability≥1500次≥10000次(Micro系列)USB规格及标准认识27回波损耗DifferentialReturnLoss:回波损耗，又称为反射损耗。是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射。不匹配主要发生在连接器的地方，但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方。回波损耗严重时可使图像发生重影等问题。提高芯线的同心度、两