USB3.0技术规格与信号完整性介绍

一、SuperSpeed USB接口

USB 3.0时代刚刚开始

USB 3.0标准由Intel和HP、NEC、NXP、微软以及德州仪器共同开发，USB 3.0的目标是提供当前十倍的带宽，利用新增的两对高速线路开启的&ldquoSuperspeed&rdquo模式，可以达到约4.8 Gbit/s （600MB/s），并且可能使用光纤连接。

USB 3.0的技术规范于2008年8月13日发行，其商业产品预计于2009年或2010发行。USB 3.0新增了5个触点，两条为数据输出，两条数据输入，采用发送列表区段来进行数据发包，新的触点将会并排在目前4个触点的后方。USB 3.0暂定的供电标准为900mA，将支持光纤传输。USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.1版本，并且使用了更有效的协议来节约能源。

那么USB3.0究竟为什么有着如此神奇的魅力，它究竟是如何工作的？

 
二、USB3.0规范解析

许多人看到的USB技术，仅仅是接口与线缆，但很少有人关心在USB接口中，数据是以何种形式被传输和处理的。在今天的台式机和笔记本电脑中，作为电脑主机，他们都包含了主机控制器。这个小小的芯片内具有一系列的逻辑管道，它负责管理主机和设备之间各种数据的传输。目前的Hi-Speed USB接口，即USB2.0接口采用的是一种半双工的结构，也就是说，数据传输只是单向的。首先外设装置发送信号到电脑，再由电脑发送信号到外设装置，两者不同同时互传信息。

在USB3.0规范中，它将会有自己专用的数据通路，专用的数据发送线路和独立的数据接收线路。因此，在主机与外设之间进行数据通信的时候，可以真正实现全双工。主机与外设都可以同时发送和接收数据。

另外数据传输的速率也将得到极大的改善，可以实现5Gb/s的数据传输能力，每个方向可以实现4.7Gb/s的数据吞吐量。而目前最快的USB2.0规范中，仅仅可以实现单向的480Mb/s。

无论是主机还是外设，所有的数据传输都可以在同一时间爆发，这些专用的数据收发通道可以将数据周转的时间减小到最低，同时他们可以同时发出操作请求。USB3.0接口向下兼容以前的USB2.0和USB1.1接口。

 
三、USB3.0引脚触点分析

USB3.0为了向下兼容USB2.0规范，同时又要极大的提高自身的带宽，就在一根线缆里，专门设置了两套数据传输机制。一套是便于普通的USB2.0接口，一套是专用的发送接收高速传输信道。

如图，这是USB 3.0 Micro B接口，针脚1是供电（VBUS），针脚2是USB2.0的数据-，针脚3是USB2.0的数据+，针脚4是USB On-The-Go的ID线，针脚5是地线（GND），针脚6是USB3.0的发送数据线-，针脚7是USB3.0发送数据线+，针脚8是地线（GND），针脚9是USB3.0的接收数据线-，针脚10是USB3.0接收数据线+。

USB 3.0 Micro B

USB3.0包括standard A /standard B/Micro的具体针脚定义如下：

表1  USB3.0 standard A /standard B/Micro针脚定义

四、USB3.0信号完整性

对USB3.0的信号完整性要求与USB2.0做了对比，USB3.0的信号完整性规范比USB2.0的高很多，详见表2。另外也可以参考USB3.0规范5.6.1的SuperSpeed Electrical Requirements.

表2  USB3.0的信号完整性

目前从各家连接器提供商的USB3.0的设计、高频信号分析及测试的结果来看，近端串音（Near-end Crosstalk）和差模转共模(Differential to Common Mode Conversion) 比较难满足规范要求，需要进一步地通过仿真分析来改善信号完整性性能。