看完才懂USB 再也不会分不清类型了
USB从1994年的内部版本到现在的USB4经历了20多年 ， 随着USB传输协议的不断升级 ， 数据传输速度也是成倍的增加 。 大家可能对USB传输协议不太了解 ， 所以我们先来说一下什么是USB传输协议 。
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上图就是我们常见的USB接口 ， 里面有几根铜线用来传输数据 ， 但铜线只是导电的线缆 ， 并不能直接传输我们想要的数据 。 这时候就需要传输协议的帮助 。 这就跟我们交流是一样的 ， 如果没有语言 ， 仅靠一张嘴乱说一通 ， 谁也听不懂你的意思 。
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在USB的数据传输协议中 ， 芯片会根据传输的内容对USB接口里的电压进行控制 ， 通过控制电压变化来达到传输数据的目的 ， 比如：传输520这个数字 ， 协议会将520转变成1000001000这样的二进制编码 ， 然后芯片只需要通过控制电压高低 ， 来表示0和1 ， 就能传输数据了 。
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当然上面的例子只是我们最容易理解的方式 ， 实际上USB使用的是NRZ-I（NoReturnZero-Inverse）非归零反向编码方式 ， 电压如果变化一次就表示一个“0” ， 电压如果没有变化就表示“1” ， 按照这样的规则我们就能把数据变成电信号 ， 从而进行数据传输 ， 这就是通信传输协议 。
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我们通常所说的USB2.0、USB3.0、雷电3、USB4等就是数据传输协议 ， 它就像沟通用的语言 ， 是我们看不见摸不着的东西 。 而各式各样的USB接口则是我们制造出来的真实存在的东西 ， 由多根导线组成 ， 用来导电作为数据传输的载体 。 在USB1.0—USB2.0时代 ， 接口形状有很多 。 USB2.0协议速度还是比较慢的 ， 当时的USB接口都是4根线的 ， 最外面的两根负责给鼠标、键盘、手机之类的东西供电 ， 中间两根负责传输数据 。 其中我们最常见的是USBType-A、Mini-B和Micro-B 。
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Type-A是比较常见的接口
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Mini-B出现的时候 ， 手机还比较厚 ， 它大多被用在早期的非智能手机和mp3上 。
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Micro-B又被称为Android口 ， 它比Mini-B更小更薄 ， 因此被广泛应用在前些年的安卓智能手机上 。
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随着人们对数据传输速度要求越来越高 ， 对充电速度要求越来越快 。 传统的只有4根线的接口已经不能满足人们的需求 。 所以在2008年经过全新设计的USBType-A、Type-B和Micro-B伴随着速度更快的USB3.0传输协议一起问世 ， 这种新的接口在原来4根线的基础上新增了5根线 ， 这样搭配USB3.0协议就能有更快的传输速度 ， 为了与旧接口进行区分 ， 新型接口把内部设计成了蓝色 。
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虽然新型接口传输速度更快 ， 但是由于多出了5根线 ， 所以新型的Micro-B比老接口多出了一节 ， 变得更长 ， 这在内部空间寸土寸金的移动设备上格外致命 。 因为它不仅更占用设备内部空间 ， 而且更容易损坏 ， 所以这么多年过去 ， 这种接口依然没有被普及 。 它普遍用于对空间要求没那么高的USB3.0的移动硬盘上 ， 而当时大部分的安卓手机依然采用之前4根线的老式Micro-B接口 ， 同期特立独行的苹果则给iPhone搭载了新型的Lighting接口 ， Lighting接口有8根线 ， 数据传输更快 ， 还支持正反插 ， 关键是体型还非常小 ， 比同时期安卓手机上的Micro-B接口要强很多 。 安卓手机急需一种更强大更优秀的接口来挽回颜面 。 终于 ， USBType-C接口于2014年问世 。
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Type-C接口共有24根线 ， 能提供40Gbps的传输带宽 ， 还能提供20V-5A共计100w的充电功率 ， 外面一层金属保守壳不仅起到抗干扰的效果 ， 而且还支持正反插 ， 它除了比苹果的Lighting大一点点 ， 其他各方面都要比Lighting强大 。 虽然Type-C这个接口非常优秀 ， 但是俗话说好马要配好鞍 ， Type-C要搭配更厉害的传输协议才能发挥它全部的实力 。
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由于Type-C接口非常强 ， 所以它支持多种协议 ， 比如雷电3协议以及传统的USB2.0、USB3.0协议 ， 还有用于快速充电的QC协议、PD协议 ， 以及连接显示器用的HDMI协议、DP协议等 ， 因此可以说Type-C是一种万能的接口 。
话到这里就不得不说一下雷电3协议了！雷电3协议是Intel和苹果公司共同研发 ， 支持40Gbps带宽和100w的供电功率 。 它能做的事情非常多 ， 比如同时接2台4K60Hz的显示器 ， 搭配雷电3扩展坞 ， 一个小小的雷电3接口就能同时接网线、显示器、鼠标键盘、耳机、U盘、移动硬盘、内存卡等等 ， 搭配显卡扩展坞还能外接高端显卡 。
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2019年9月 ， USBPromoterGroup发布了USB4规范标准 ， 这标志着USB传输行业进入一个新的高度 。 USB4协议的大部分内容来源于雷电3协议 ， 通过用户友好的、健壮的线缆和连接解决方案 ， 提供结合数据、显示和电力传输的最佳用户体验 ， 下面我们一起看看USB4带来了哪些不一样的表现 。
USB4新功能三大重点
01
USB4只采用USBType-C接口 ， USB4信号采双通道传输 ， 传输速度最快支援40G(20Gbpsx2)；而过去的连接器如USBType-A或Micro-B ， 仅支援单通道传输 ， 无法支援USB4 。
02
USB4可同时支持数据传输和DisplayPort影音传输协议 ， 旨在将多种协议组合到单个物理接口 ， 可以动态共享USB4架构的整体速度和性能 。
03
USB4向下兼容USB2.0、USB3.2和Thunderbolt3 。
USB4重点架构
USB4主要构成元件有路由器(Router) ， 适配器(Adapter) ， 以及TMU(TimeManagementUnit ， 时间管理单元) 。
01
路由器是USB4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 ， 并通过TMU来时间同步 。 主要由USBHost内建的ConnectionManager来侦测及管理 。
02
适配器内建在路由器里 ， 主要作为路由器与外部元件沟通的媒介 ， 进行协议转换 。 例如USB4Host在传输USB3资料 ， 由内部USB3Host透过USB3Adapter进行协定封装成USB4TunneledPacket 。 一个路由器内部最多可以支援64个适配器 。
03
TMU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 。
USB4产品类型
01
USB4Host：产品有一个以上DFP ， 没有任何的UFP 。
02
USB4Hub：产品有一个UFP ， 并且有一个或多个DFP 。
03
USB4-BasedDock：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 ， 如储存装置或网络功能 。
04
USB4Device:产品有一个UFP ， 没有任何的DFP 。
USB4支持的隧道协议
依据规格 ， 对Host/Hub/Dock/Device必须支援的隧道协议各自有不同要求 ， 如下图 ， 标“Ｖ”为必须支援 ， 其余则是可选择支援与否 。
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例如：
USBHost必须支援USB3、DisplayPort与Host-to-HostTunneling ， 可以不支援PCIExpress与TBT3Tunneling 。
USB4支援的传输速率
USB4能支援20Gbps以及40Gbps的速度 ， 是不是宣告支援USB4就一定要支援这两个速度？
对USB4Hub与USB4-BasedDock来说 ， 必须同时支援20Gbps及40Gbps 。
对USB4Host与USB4Device来说 ， 可以只支援20Gbps（40Gbps可列为额外支援 ， 非必要支援速度） 。
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【看完才懂USB 再也不会分不清类型了】综合上面的介绍 ， 可以知道USB4传输速率提升到40Gbps ， 并且可以动态分享频宽 ， 使用一条USBType-C连接线就可以相容于市面上Thunderbolt3和DisplayPort产品 ， 对于消费者来说更加便利 。 但对于产品开发者来说 ， USB4是一个比较大的挑战 ， 除了产品设计和以往USB3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 。
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