1、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 USB3.1 TYPE-C未来市场前景 USB3.1 TYPE-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USB3.1 Type-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,3,USB历史版本比较,4,USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”,1Gbps=1024Mbps
2、1A=1000mA,USB3.1 Type-C介绍,5,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-C TO Type-C的连接线能达到10Gbps的传输速率,USB3.1 Type-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,1,2,3,4,USB3.1 Type-C优势,USB3.1 Type-C介绍,7,USB3.1 Type C的应用:,USB版本标
3、志及接口认识,8,USB版本标志:,用于USB2.0及以下版本,用于USB3.0/3.1,9,USB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：,10,USB版本标志及接口认识,USB2.0/USB3.0常用接头：,11,USB版本标志及接口认识,USB2.0 A公 最常用的接口， 广泛用于电脑主板上,USB2.0 B公， 用于打印机连接,USB2.0 Micro B公， 最常用的接口， 广泛用于手机充电接口,USB2.0 Mini B公， 比Micro B公略大，应用不多， 一些玩具、U盾上有用到,USB2.0常用接头：,12,USB版本标志及接口认识,USB3.0
4、 A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,USB3.0 B公， 用于打印机连接 接口默认用蓝色的胶,USB3.0 Micro B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Micro B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：,13,USB版本标志及接口认识,4.5mm,4.7mm,1.8mm,4.0mm,10.4mm,2.4mm,接口厚度对比：,USB Type-A,DisplayPort,USB Micro B,Power,纤薄USB3.1 Type-C,USB Type-B,USB3.
5、1 Type-C未来市场前景,14,2015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USB3.1 Type-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Android M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
6、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，USB3.1 Type C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，USB 3.1中的Type C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。,USB3.1 Type-C的生产难度,15,目前USB3.1 Gen2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
7、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。,USB3.1 Type-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
8、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。,USB3.1 Type-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
9、极其困难，良率很低。,USB3.1 Type-C的生产难度,18,USB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5-7mm,USB规格及标准认识,19,USB2.0线材截面图(协会标准): (1P+2C)+ADB,UTP对绞(白*绿)信号对 绝缘为HDPE D+/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
10、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,20,USB2.0主要物理电气性能指标,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I
11、D、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Delay Skew： 该值反映信号传输的同步性，如果信号传输不同步会造成
12、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,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,USB2.0规格对应最大使用长度,USB规格及标准认识,25,USB3.0线材结构,USB3.0线材对绞结构 (1P+D+AL)*2P+1P+2C+ADB,USB3.0线材同轴结构 (1C+SP+AL/MY+MY)*4COAX+1P+2C+ADB,4同轴： (1C+SP+AL/MY+MY)*4COAX,USB3.0增加两对高速SDP信号对，用于双向高速传输数据，最高速
13、率达5Gbps,USB规格及标准认识,26,USB3.0主要电气性能标准,USB规格及标准认识,27,回波损耗Differential Return Loss :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、两根芯线尽量工艺一致、采用芯线退扭技术可以改善回波损耗的情况,专有名词解释,USB规格及标准认识,28,差分转共模Differential to Common Mode Conversion(Scd21) :该参数用来体现E
14、MI电磁干扰情况，当两根正负极芯线的参数(ID、电容、阻抗波动等)不相等时，原本可以相互抵消的差模信号就会衍生出共模干扰信号，共模信号不能相互抵消，所以会干扰到信号的传输。,专有名词解释,USB规格及标准认识,29,USB3.0规格对应最大使用长度,USB规格及标准认识,30,USB3.1 同轴结构(10Gbps Gen2使用) (8COAX+1C+(1P+4C+2D+AL/MY)+ADB,高速信号对(8同轴)： (导体+FEP+SP+CU/MY)*8COAX,1C电源线,2C电源线,2C电子线(CC & Vconn),USB2.0白*绿1P,2C地线回路,铝箔,USB规格及标准认识,31,F
15、EP为铁氟龙芯线，该胶料对信号传输好，但价格贵。 FPE为PE发泡，可用于代替FEP，成本低，但信号效果及稳定性没有FEP那么好,目前同轴版USB3.1的同轴屏蔽处理方案,USB规格及标准认识,32,USB3.1主要电气性能指标,USB规格及标准认识,33,USB3.1衰减指标,以上指标为协会暂定指标，正式版规范出来后可能会有变动,USB规格及标准认识,USB3.1规格对应最大使用长度,以上高速信号对的使用长度为理论情况下能达到的使用长度。连接器两端最多允许-3.7dB的损耗,30,USB规格及标准认识,(32AWG*8COAX+26AWG*1C+(34AWG*1P+32AWG*4C+26AW
16、G*2D+AL/MY)+ADB 以上规格目前最长能做1米(2015-7-27 日本住友),(30AWG*8COAX+24AWG*1C+(32AWG*1P+30AWG*4C+24AWG*2D+AL/MY)+ADB 以上规格目前最长能做1.5米(2015-7-27 日本住友),31,USB3.1标准成品线方案,Type C to C线材均可通过CC线，支持Power Delivery(PD)的BMC通讯 全功能的USB3.1线材必须带eMark IC 只有USB2.0 Type C 3A线材可以选配IC 2.0的C to C需要用1P+2C+1C的线连接，增加的1根电子线为CC 3.0的C to
17、C需要用2P+1P+2C+1C的线连接，同样增加CC芯线,31,2.0 3.1 GEN1 3.1 GEN2,Type C to C cable：,USB3.1标准成品线方案,1.侦测传输线的连接或断开 2.侦测线材插入的正反面 3.初始化主/从设备及充电供需关系 4.侦测USB Type-C的VBUS电流及其用量 5.作为USB PD的通讯通道 6.侦测并架构扩展功能(替代或辅助模式)另外Vconn是给eMark供电，eMark IC是用来实现以上功能,31,Type-C线材 CC PIN功能：,USB3.1标准成品线方案,1.建立供电协议，使电压、电流超出USB2.0和USB3.1标准规格
18、2.改变Vbus的供电端口 3.改变Vconn的供电端口 4.切换主/从设备关系的角色 5.和线材通讯,31,Type-C Power Delivery功能：,USB3.1标准成品线方案,31,Type C to Legacy cable：,Type C to Legacy cable(USB2.0 Type-C to USB2.0 mini-B除外)标配至少3A的电流传输 若要支持5A供电，则需要使用PD版本的Legacy连接品，且Type-C端需要有eMark标示,USB3.1标准成品线方案,31,Type C to Legacy cable：,Type C to Legacy cable
19、(USB2.0 Type-C to USB2.0 mini-B除外)标配至少3A的电流传输 若要支持5A供电，则需要使用PD版本的Legacy连接品，且Type-C端需要有eMark标示,USB3.1测试及认证,31,USB3.1信号传输可以用TDR来测出好坏，除了要测传统参数，还要测试综合参数。传统参数有衰减、回波损耗、对内延时差、差分转共模Scd21、差分阻抗、串音。而最新3.1的测试标准中，只有Scd21的传统参数还保留，通过TDR测出传统参数，再将传统参数导入到英特尔提供的信号模拟计算软件(IntePar， http:/compliance.usb.org/files/)中，最终算出连
20、接线是否合格。模拟计算主要是看各组信号间的反射和串扰问题，经计算是否达到传输要求。通过TDR仪器测试，可以通过参数图形了解到整条成品线的阻抗变化(线材部分、加工部分、连接器三部分)，从而了解不良所在的区段。,USB3.1测试及认证,31,认证要求： (1) Cable制造商、Connector制造商必须皆为USB 会员(送样时须提供会员编号)。 (2) Connector 须已通过谁测试并取得TID (送样时须提供TID证明及实际料号)。 (4) Cable Assembly、Raw Cable and Connector (含Plug and Receptacle) 须提供工程图面(须加盖公司正本戳印)。 (5) 送样时需附加本报价单、USB-IF USB Type-C Cable Product Registration Form(一 份) (6) 开案时须先缴交全额费用。(需缴完费用才可以申请TID No.) (7) 测试时间约需30天。 (8) 认证费用要$10,426USD。以上报价内容由台湾ETC认证机构蓝小姐(LLCetc.org.tw)提供,END THANKS！,
