原创 USB4™被动线缆测试与认证(USB4 Passive Cable)-上篇

2021-7-30 10:00 2011 14 14 分类: 消费电子 文集: USB

1. 明明是新买的 USB4 20G 线缆,接上 USB4 计算机跟 USB3 Gen2 硬盘,为什么跳出窗口显示不是以最高速连接呢?


2. 用新计算机配送的 USB Type-C 线缆,传输速度更慢了??


3. 到底什么样的 USB Type-C 线缆,才可以享受到高速传输呢???

若要解释上面的问题,首先我们必须了解一下USB 线缆规格与相互差异:


—  USB Type-C™ 线缆的规格 —

如下表 1,列出 USB 版本及对应可支持线缆长度,我们可以看出各个 USB 版本可支持的被动线缆长度。整理如下:

·       USB4 Gen2 被动线缆:长度小于 2m,最高传输速度为 20G (10Gx2) bps·       USB3.2 Gen1 被动线缆:长度小于 2m,最高传输速度为 5Gbps·       USB3.2 Gen2 被动线缆:长度小于 1m,最高传输速度为 20G (10Gx2) bps

表 1:USB Type-C Standard Cable Assemblies

接着我们就来解答开头的三个问题:

1. 明明是新买的 USB4 20G 线缆,接上USB4 计算机跟 USB3 Gen2 硬盘,为什么跳出窗口显示不是以最高速连接呢?


如下表 2,以长度的角度来解析。长度 2m 的 USB4 Gen2 被动线缆,可传送最高数据传输速度为 USB4 20G,但若接上 USB 3.2 Gen2 硬盘,最高只能传送 USB 3.2 Gen1,也就是 5G 速度。因为 USB3 Gen2 硬盘最高速可支持 10G,但降速度到 5G,此时硬盘的 Billboard 应跳出信息,告知用户此装置可以更高速传送


表 2:USB4 Gen2 线缆长度与支持速度


 为何同样是传送 20G,USB3 与 USB4 支持长度差一倍?


如下表 3,以系统损耗的角度来解析。USB4 Gen2 与 USB3 Gen2 的传输速度都是 20Gbps,但所支持的被动线缆长度却不同,主要原因是系统损耗配置不同。USB4 规格源自于 Thunderbolt 3(简称 TBT3),主要是传送 DisplayPort 以及 PCIe 信号,为了支持大屏幕,TBT3 Gen2 要求支持 2m 被动线缆,所以 USB4 Gen2 也必须支持 2m。而在 USB3 与 USB4 传送端及接收端的部分,都必须至少要容忍系统损耗(包括 Host PCB,线缆,与 Device PCB)在 Nyquist 频率损耗约为 23dB。

表 3:USB 3.2 Gen2 与 USB4 Gen2 系统损耗配置


先来看 USB 3.2 Gen2 插损(Insertion Loss)配置:

• USB3 Gen2规格 23dB@5GHz(Nyquist 频率)插损配置是:

◦Host(8.5dB)–Cable(6dB)–Device(8.5dB)。此处 Cable 6dB@5GHz 插损,相当于是 1m 线缆长度。


USB4 Gen2 需支持 2m,在相同的系统损耗下,只好缩减 Host 端及 Device 端的损耗,这也是为什么 USB4 或 TBT3 的 IC 都非常接近USB-C 连接器的原因。

• USB4 Gen2规格 23dB@5GHz(Nyquist 频率)插损配置是:

◦Host(5.5dB)–Cable(11.5dB)–Device(5.5dB)此处 11.5dB@5GHz 插损,相当于是 2m 线缆长度。


2. 用新计算机附的 USB Type-C 线,连接速度更慢了??


随着新型轻薄计算机的充电改采 USB Type-C 充电器,新计算机配件也附有一条长约 1.5m 到2m 的 USB Type-C 线缆,这个长度是为了方便使用者作为充电的用途,但大部分线缆本身并不具备高速传输的能力,若有需要高速传输则需要在市面上另外购买 USB Type-C 支持 USB4 或 TBT3 的高速线缆。

而此充电线缆的基本要求是以 USB Type-C(USB 2.0)线缆为标准,支持速度480Mbps。


3. 到底什么样的 USB Type-C 线,才可以享受到高速传输呢???

– USB4 线缆标志

USB IF 在推出 USB4 规格后,因为SuperSpeed USB 10Gbps(10Gx1)、SuperSpeedUSB 20Gbps(10Gx2)和 USB4 20Gbps(10Gx2)线缆都具有高达 20Gbps 的传输性能,但多种 logo 商标会让消费者混淆,协会对此解决方案是弃用 SS USB 10Gbps 和 SS USB 20Gbps 线缆认证和标志,统一使用 Certified USB20Gbps 线缆认证及标志(如图 1 右)。(注:此更改仅适用于被动线缆)

图 1:USB Cable 新旧 Logo

要享受到高速传输,在选购线缆时除了认明包装盒上的 Certified USB 20 Gbps 外,由上表 2 得知,还需选择 1m 或以下的可支持 USB 3.2 Gen2 被动线缆(或参考厂商详细线缆支持能力)。也可以直接选择购买 Certified USB 40Gbps 线缆,但价格也会相对高一点。还有另一个选择就是主动线缆,请参考 GRL USB Type-C 主动线缆介绍。

表 4:USB4 Logo


下期重点



1. USB4 Gen3线缆认证要点2. USB4线缆新增测试


参考文献

·       USB Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.1, May 2021
·       USB Type-C Connectors and Cable Assemblies Compliance Document, Revision 2.1b, June 2021
·       USB4™ Specification, Ver 1.0 with Errata and ECN through May 19, 2021
·       USB Type-C Functional Test Specification, Chapter 4 and 5, May 23, 2021, Rev 0.88


作者GRL 技术总监 张静宜 Sandy Chang

拥有业界十年以上专业经验,现担任 GRL技术总监,带领 GRL 各测试团队。熟悉Thunderbolt、USB Type-C 等高速接口与测试规范。

作者: GRL实验室, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3943047.html

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