1、USB3.0相关技术规范 1：USB3.0 标准技术规范于 2008 年 11 月 12 日正式发行，版本为 1.0，起草单 位主要有惠普、因特尔、微软、NEC、ST-NXP半导体、德州仪器等公司。 2：USB3.0架构综述，Superspeed USB与 USB2.0对比： 特性 Superspeed USB USB2.0 数据速率 Superspeed(5.0 Gb/s) Low-speed(1.5Mb/s),full-speed(12Mb/s), and high-speed(480 Mb/s) 数据界面 双向-单一，四线差动信号从 USB2.0 信 号分离单工传输，整体成全双工传输。
2、半双工双线差动信号单向数据传输（越过定 向总线转移） 。 Cable信号计算 6 根:Superspeed 数据路径 4 根； Non-Superspeed 数据路径2根。 2根:low-speed/full-speed/high-speed 数据路径。 总线传输协议 由主机指向，异步通信流向压缩包通信 是被明确程序规定的。 由主机指向，polled通信流向压缩包通信 被传送到所有的驱动设备里。 负载管控 多级别链接负载管控支持空转，睡眠及 延缓状态；链接-，驱动设备-，功能级 别级别负载管控。 端口级别随着输入/输出两种级别潜在而延 缓；驱动设备-级别负载管控。 总线负载 与USB2.0相同
3、，无限制负载提升50%， 而限制负载提升80%。 为低速/高速 总线-负载驱动设备和低负载 限制(无限制和延缓型驱动设备)提供支持。 端口状况 端口硬件探测连接活动且带动端口进入 工作状态做准备(为超速数据交换)。 端口硬件探测连接活动,系统软件利用端口 命令跃迁使端口进入激活状态。 数据传输类型 USB2.0类型高速压缩， 四种数据传输类型：控制，Bulk,中断，同步 3：USB3.0具备以下主要优势： 支持 5Gb/s 的传输速率； 向上全面兼容 USB2.0； 连接器形式变异因素降到最小； 为电磁干扰（EMI）提供保护； 支持 OTG（On-The-Go） ； 成本低。 4：USB3.0
4、分为以下几类： USB 3.0 Standard-A plug and receptacle； USB 3.0 Standard-B plug and receptacle； USB 3.0 Powered-B plug and receptacle； USB 3.0 Micro-B plug and receptacle； USB 3.0 Micro-A plug； USB 3.0 Micro-AB receptacle； 备注： Standard:标准，Powered:装有负载的; Plug:插头，公头，Receptacle: 插座，母头。 5：插头(Plug)配合插座(Receptacl
5、e)选择： 插座(Receptacle) 配合插头(Plugs Accepted) USB 2.0 Standard-A USB 2.0 Standard-A or USB 3.0 Standard-A USB 3.0 Standard-A USB 3.0 Standard-A or USB 2.0 Standard-A USB 2.0 Standard-B USB 2.0 Standard-B USB 3.0 Standard-B USB 3.0 Standard-B or USB 2.0 Standard-B USB 3.0 Powered-B USB 3.0 Powered-B, USB
6、 3.0 Standard-B, or USB 2.0 Standard-B USB 2.0 Micro-B USB 2.0 Micro-B USB 3.0 Micro-B USB 3.0 Micro-B or USB 2.0 Micro-B USB 2.0 Micro-AB USB 2.0 Micro-B or USB 2.0 Micro-A USB 3.0 Micro-AB USB 3.0 Micro-B, USB 3.0 Micro-A USB 2.0 Micro-B or USB 2.0 Micro-A 6：USB 3.0 Standard-A 连接器： 6-1 界面定义 除了 USB
7、 2.0 所需要的 VBUS,D-,D+,and GND四个插脚外， USB 3.0 Standard-A 连接器包括五个插脚:两组双微分导线，加上一组屏蔽线（GND_DRAIN） 。两组新 增的双微分导线用于超速数据传输，支持二重的单一超速信号；新增的GND_DRAIN 插脚作为屏蔽线终端，用于处理信号中断和电子干扰。 接触区域的五个超速插脚被设置朝向插座的前方，然而其它四个 USB 2.0 插 脚朝向插座的后方。即 USB 3.0 Standard-A 连接器拥有一个双重接触系统。 除了连接器阻抗中断要降到最小之外，通过超速导线和 USB 2.0 D+/D-上的 色度亮度干扰也要求降到最小
8、。 6-2 插脚分配及描述 USB 3.0 Standard-A 连接器被定义为主机连接器，支持超速模块。它具有和 USB 2.0 Standard-A 连接器插合界面，但是新增了插脚。(参照 5.3.1.2) USB 3.0 Standard-A 连接器插脚分配 Pin No. 信号名称 描述 插合顺序 1 VBUS Power Second 2 D- 3 D+ USB 2.0 differential pair Third 4 GND Ground for power return Second 5 StdA_SSRX- 6 StdA_SSRX+ Superspeed receiver d
9、ifferential pair 7 GND_DRAIN Ground for signal return 8 StdA_SSTX- 9 StdA_SSTX+ SuperSpeed transmitter Differential pair Last Shell Shield Connector metal shell First 备注： differential: 微分的，微分； transmit:传输，传送，发射。 6-3 胶芯颜色 一种独特的颜色代号被推荐给 USB 3.0 Standard-A 连接器胶芯采用来帮助用户 来区别 USB 2.0 Standard-A 连接器（如下图1）
10、图1 插座和插头胶芯颜色 颜色：蓝色（Pantone 300C） 6-4 USB 3.0 Standard-A插座(Receptacle)图面: （如下图 2） 接下页 图2 USB 3.0 Standard-A 插座 6-5 USB 3.0 Standard-A插头(Plug)图面: （如下图3） 接下页 图3 USB 3.0 Standard-A 插头 6-6 USB 3.0 Standard-A插座 PCB焊脚（单排）图面: （如下图 4） 图4 USB 3.0 Standard-A插座 PCB焊脚(单排）布置 6-7 USB 3.0 Standard-A插座 PCB焊脚（双排）图面:（
11、如下图 5） 图5 USB 3.0 Standard-A 插座PCB焊脚(双排）布置 7：USB 3.0 Standard-B 连接器： 7-1 USB 3.0 Standard-B插座(Receptacle)图面: （如下图6） 接下页 图6 USB 3.0 Standard-B 插座 7-2 USB 3.0 Standard-B 连接器插座 PCB 焊脚图面:（如下图7） 图7 USB 3.0 Standard-B 插座 PCB焊脚布置 7-3 USB 3.0 Standard-B插头(Plug)图面: （如下图8） 图8 USB 3.0 Standard-B 插头 7-4 插脚分配及描述
12、 USB 3.0 Standard-B 连接器插脚分配 Pin No. 信号名称 描述 插合顺序 1 VBUS Power Second 2 D- 3 D+ USB 2.0 differential pair Third or beyond 4 GND Ground for power return Second 5 StdB_SSTX- 6 StdB_SSTX+ Superspeed transmitter differential pair 7 GND_DRAIN Ground for signal return 8 StdB_SSRX- 9 StdB_SSRX+ SuperSpeed r
13、eceiver Differential pair Third or beyond Shell Shield Connector metal shell First 备注： differential: 微分的，微分； transmit:传输，传送，发射。 8：USB 3.0 Powered-B 连接器： 8-1 USB 3.0 Powered-B插座(Receptacle)图面:（如下图 9） 接下页 图9 USB 3.0 Powered-B 插座 8-2 USB 3.0 Powered-B插座PCB焊脚图面:（如下图 10） 图10 USB 3.0 Powered-B 插座 PCB焊脚布置
14、8-3 USB 3.0 Powered-B插头(Plug)图面:（如下图 11） 图11 USB 3.0 Powered-B 插头 8-4 插脚分配及描述 USB 3.0 Powered-B 连接器插脚分配 Pin No. 信号名称 描述 插合顺序 1 VBUS Power Second 2 D- 3 D+ USB 2.0 differential pair Third or beyond 4 GND Ground for power return Second 5 StdB_SSTX- 6 StdB_SSTX+ Superspeed transmitter differential pair
15、 7 GND_DRAIN Ground for signal return 8 StdB_SSRX- 9 StdB_SSRX+ SuperSpeed receiver Differential pair 10 DPWR Power provided by divice 11 DGND Ground Return for DPWR Third or beyond Shell Shield Connector metal shell First 9：USB 3.0 Micro 连接器家族： 9-1 家族产品种类： USB 3.0 Micro-A plug； USB 3.0 Micro-B plug
16、 and receptacle； USB 3.0 Micro-AB receptacle； 9-2 USB 3.0 Micro-B and Micro-AB插座(Receptacle)图面:（如下图12） 接下页 图12 USB 3.0 Micro-B and-AB 插座 9-3 USB 3.0 Micro-B and Micro-A插头(Plug)图面:（如下图13,14,15） 图13 USB 3.0 Micro-B插头 图14 USB 3.0 Micro-A插头 图15 USB 3.0 Micro系列插头引脚 9-4 USB3.0 Micro-B插座(Receptacle)焊脚PCB布置
17、图面:（如下图 16） 图16 USB 3.0 Micro-B 插座 PCB焊脚布置 9-5 USB3.0 Micro-AB插座(Receptacle)焊脚PCB布置图面:（如下图 17） 图17 USB 3.0 Micro-AB 插座 PCB焊脚布置 9-6 家族产品特性： USB 3.0 Micro-B型连接器被认为是 USB 2.0 Micro-B型界面和 USB 3.0超 速接口的一种结合，USB 3.0 Micro-B 型插座配合 USB 2.0 Micro-B 型插头， 维持向上兼容； USB 3.0 Micro-B型连接器和 USB 2.0 Micro-B 型连接器维持相同连接器
18、高 度和接触 Pitch； USB 3.0 Micro-B型连接器和 USB 2.0 Micro-B 型连接器一样使用闭锁设计； USB 3.0 Micro-AB 型插座和 USB 3.0 Micro-B 型插座相同除了在连接器外 壳轮廓了有一个按键差异； USB 3.0 Micro-A型插头和 USB 3.0 Micro-B型插头相同，按键和 ID pin 连 结不同； （参照 5.3.4.2） USB 3.0 Micro 连接器家族没有需要覆盖区域。 9-7 插脚分配及描述 USB 3.0 Micro-B 型连接器 Pin 脚分配及描述(参照5.3.4.2 表5-5 )； USB 3.0
19、Micro-AB/-A 型连接器 Pin 脚分配及描述(参照 5.3.4.2 表5-6)。 10：线材架构和线芯分配： 10-1 线材架构： USB 3.0 连接器线材包含以下三类线芯：UTP 信号线，屏蔽微分线芯(SDP,扭 曲或双股信号线芯)。电源线和地线。 （如下图 18） UTP线芯用来传输 USB2.0 信号； SDPs线芯则被用于超速，超速微分线芯需要屏蔽来保证信号完整和防止电 子干扰，每个 SDP 要系上一根排扰线（a drain wire）,最后连结系统地线通过 连接器里面的 GND_DRAIN pin(s)。 在 USB 3.0 线材里，所以线芯被要求放入一个金属封套里。封套
20、和插头金 属外壳连接，尽可能接近 360，来防止电子干扰。 图18 USB 3.0 Cable 架构 10-2 线芯分配： Wire No. 信号名称 描述 颜色 1 PWR Power 红色 2 UTP_D- Unshielded twist pair,negative 白色 3 UTP_D+ Unshielded twist pair,positive 绿色 4 GND_PWRrt Ground for power return 黑色 5 SDP1- Shielded differential pail 1,negative 蓝色 6 SDP1+ Shielded differential
21、 pail 1,positive 黄色 7 SDP1_Drain Drain wire for SDP1 / 8 SDP2- Shielded differential pail 2,negative 紫色 9 SDP2+ Shielded differential pail 2,positive 橙色 10 SDP2_Drain Drain wire for SDP2 / Braid Shield Cable external braid to be 360 Terminated on to plug metal shell / 10-3 线芯规格： Wire No. 信号名称 Wire G
22、auge (AWG#) 1 PWR 20-28 2 UTP_D- 28-34 3 UTP_D+ 28-34 4 GND_PWRrt 20-28 5 SDP1- 26-34 6 SDP1+ 26-34 7 SDP1_Drain 28-34 8 SDP2- 26-34 9 SDP2+ 26-34 10 SDP2_Drain 28-34 10-4 Cable直径： 一个典型的 USB3.0 Cable 外径范围为3-6mm。 11：USB 3.0 Cable装配: Standard-A Plug to Standard-B Plug (参照 5.5.1) Standard-A Plug to Sta
23、ndard-A Plug (参照 5.5.2) Standard-A Plug to Micro-B Plug (参照 5.5.3) Micro-A Plug to Micro-B Plug (参照 5.5.4) Micro-A Plug to Standard-B Plug (参照 5.5.5) 12：USB 3.0 连接器图标: USB 3.0 连接器图标便于用户识别，标识在插头的两端。 （如下图 8） 图19 USB 3.0 图标 13：USB 3.0 电气性能: 13-1 SuperSpeed 电气要求： 13-1-1原始线材： 阻抗特征： SDP线芯： 907， 用 TDR 进行测量
24、在一微分模块里使用 200 ps(10%-90%)的上升时间； 内部线芯歪斜：15 ps/m Max, 用 TDT 进行测量在一微分模块里使用 200 ps(10%-90%)的上升时间和 50%的交叉输入电压； 微分嵌入损耗：线材损耗主要取决于线芯规格和电气材料，SDP 微分嵌入损 耗见下表所述： 频率 34AWG 30AWG 28AWG 26AWG 0.625 GHz 2.7 dB/m 1.3 dB/m 1.0 dB/m 0.9 dB/m 1.25 GHz 3.3 dB/m 1.9 dB/m 1.5 dB/m 1.3 dB/m 2.50 GHz 4.4 dB/m 3.0 dB/m 2.5 d
25、B/m 1.9 dB/m 5.00 GHz 6.7 dB/m 4.6 dB/m 3.6 dB/m 3.1 dB/m 7.50 GHz 9.0 dB/m 5.9 dB/m 4.7 dB/m 4.2 dB/m 13-1-2配对连接器： 配对连接器阻抗要求是为了维持信号的完整性，微分阻抗为 9015；一个 微分TDR 经历 50 ps(20%-80%)的上升时间。 13-1-3配对 Cable装配： 参照 5.6.1.3 执行 13-2 DC 电气要求： 13-2-1低级别接触电阻(EIA 364-23B)： VBUS和 GND 的初始接触电阻:30 m Max; 其他所有初始接触电阻:50 m M
26、ax; 环境压力后最大改变为+10 m； 测量条件：20 mV (Max)开路，100 mA。 13-2-2绝缘强度(EIA 364-20)：100V AC (RMS); 13-2-3绝缘电阻(EIA 364-21)：100 M Min; 13-2-4额定电流(EIA 364-70)： VBUS 插脚和 GND 插脚(USB 3.0 Standard-A and Standard-B/ Powered-B 连接器系列中的 1# Pin 脚和 4# Pin 脚，USB 3.0 Micro 连接器家族中的 1# Pin 脚和 5# Pin 脚)：1.8A 其他所有 Pin 脚：0.25A；当电流加
27、载到 Pin 脚时，USB3.0 连接器上任何点 的温度变异不能超越+30（环境温度为 25的情况下进行测量） ； DPWR插脚和DGND插脚(USB 3.0 Powered-B连接器中的10# Pin脚和11# Pin 脚) ：2.0A 14：USB 3.0 机械性能和环境要求: 14-1 机械方面要求： 插入力(EIA 364-13)：35N max(12.5mm/min); 脱拔力(EIA 364-13)：10N min(12.5mm/min),耐久力测试后:8 N min; 耐久力或插入/拔出次数（见下表所示） ： 连接器类型 标准测试等级 高规格测试等级 Standard-A 150
28、0次 Min 5000次 Min Standard-B 1500次 Min 5000次 Min Powered-B 1500次 Min 5000次 Min Micro 系列 10000 次 Min 剥落强度（仅对 Micro系列连接器） ：当插座焊接端子从 PCB板上垂直方向拔 出时（150N拉力 Min）不可有明显损坏； 4轴连续测试（仅对 Micro系列连接器） ： （如下图 20） USB 3.0 Micro-B orAB 插座应当被装在一个厚度在 0.8 到 1.0mm 的 PCB 板 上，PCB 板被插座的每一边夹持住（距离焊接端子不可超过 5mm）,最初放置在 一个水平平面上，8N
29、的拉力加载到Cable 上（垂直向下，轴向插入） ，10s Min; PCB 板然后被旋转 90、180、270，用上述同样方法进行测试，通过测 试的零件不能有任何超过 1s的中断（在以上四个任何方向） ； 另外一种连续测试的方法通过接触端子使得 Cable 末端的所有线芯短路，加 载一个电压通过正偏到 VBUS、D+、D-、ID、超速 Pin脚，GND Pin脚接地。 测试插座和插头选择如下： 1：USB 3.0 Micro 插座(Receptacle)+ USB Micro 3.0插头(Plug); 2：USB 3.0 Micro 插座(Receptacle)+ USB Micro 2.0
30、插头(Plug); 图20 4轴连续测试 扭曲强度（仅对 Micro系列连接器） ： 垂直压力加载到插头(Plug)上(从插座边缘插入 15mm)，测试状况和方法使用 于所有零件，这些压力加载到四个所有方向（左，右，上，下） ，配对连接器应 符合以下压力极限： 1：压力为 0-25N时，插头(Plug)和插座(Receptacle)不可有损坏; 2：压力为 25-50N时，插头(Plug)可能损坏，插座(Receptacle)不可损坏。 铅皮共有平面：0.08mm; 可焊性：2555，5s, 浸锡面积：95% Min; 14-2 环境方面要求： 温度寿命测试：105，120 hours; 混合流动气体测试周期：7 days; 14-3 材质： 外壳:黄铜或不锈钢， 端子:磷铜， Under-plating:2.0m Ni; 接触区域： （Min）0.05m Au+（Min）0.75m Ni-Pd; 焊接区域： （Min）0.05m Au。 胶芯:能承受无铅焊接温度的可塑性塑料 15：配对连接器装配尺寸规格: （如下图21，21，23） 图 21 标准A型连接器 图 22 标准B型连接器 图23 Micro B型连接器
