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USB3.0與USB3.1簡介

    
 簡介
 
重點:由於市場的混亂▩◕☁,和不良奸商的忽悠▩◕☁,大多數人根本搞不清USB3.0和USB3.1·☁。USB 3.1 Gen1就是USB 3.0·☁。而USB 3.1 Gen2才是真正的USB3.1·☁。USB 2.0的最大傳輸頻寬為480Mbps(即60MB/s)▩◕☁,USB 3.0(即USB 3.1 Gen1)的最大傳輸頻寬為5.0Gbps(500MB/s)▩◕☁,USB 3.1 Gen2的最大傳輸頻寬為10.0Gbps(雖然USB 3.1標稱的介面理論速率是10Gbps▩◕☁,但是其還保留了部分頻寬用以支援其他功能▩◕☁,因此其實際的有效頻寬大約為7.2Gbps)·☁。USB 2.0為四針介面▩◕☁,USB 3.0和USB 3.1為九針介面·☁。
 
USB 3.1是最新的USB規範▩◕☁,該規範由英特爾等大公司發起·☁。與現有的USB技術相比▩◕☁,新USB技術使用一個更高效的資料編碼系統▩◕☁,並提供一倍以上的有效資料吞吐率(USB IF協會)·☁。它完全向下相容現有的USB聯結器與線纜·☁。
 
USB 3.1相容現有的USB3.0軟體堆疊和裝置
 
USB3.1 LOGO
協議▩◕₪、5Gbps的集線器與裝置▩◕₪、USB 2.0產品·☁。
 
擁有Thunderbolt技術的英特爾也歡迎USB 3.1標準的成形·☁。USB 3.1包含了USB 3.0的大部分特性 ·☁。USB 3.1作為下一代的USB傳輸規格▩◕☁,通常被稱為"SuperSpeed+"▩◕☁,將在未來替代USB 3.0·☁。
 
規範制定歷程
 
2008年11月12日USB 3.0推出之後▩◕☁,SuperSpeed帶來了5Gbps高速傳輸效能▩◕☁,附加提供5V/0.9A電源·☁。隨著傳輸速率的要求提高▩◕☁,加上也希望能提升供電能力▩◕☁,2013年1月6日USB IF協會(USB Implementers Forum)正式宣佈要推出新的USB 3.0加強版(即USB 3.1)·☁。2013年7月31日宣佈正式開始研發SuperSpeed 10Gbps▩◕☁,2013年12月3日USB 3.0 Promoter Group正式宣佈USB 3.1誕生·☁。到了2014年6月份Computex Taipei 2014▩◕☁,ASMedia第一家正式展示原生USB 3.1晶片▩◕☁,實現SuperSpeed+▩◕☁,也就是SuperSpeed 10Gbps速率·☁。
 
介面規範
 
usb 3.1有三種連線介面▩◕☁,分別為Type-A(Standard-A)▩◕₪、Type-B(Micro-B)以及Type-C
Type-A(左)與 Type-C(右)
Type-A(左)與 Type-C(右)
 
標準的Type-A是目前應用最廣泛的介面方式▩◕☁,Micro-B則主要應用於智慧手機和平板電腦等裝置▩◕☁,而新定義的Type-C主要面向更輕薄▩◕₪、更纖細的裝置·☁。
 
Type-C大幅縮小了實體外型▩◕☁,更適合用於短小輕薄的手持式裝置上▩◕☁,Type-C將取代Micro-AB型聯結器(支援USB裝置直接對傳▩◕☁,不需要有主控系統介入)▩◕☁,也將取代一般Micro-USB聯結器▩◕☁,Type-C仿Apple Lightning聯結器▩◕☁,正反均可正常連線使用▩◕☁,較現有Micro-USB更理想▩◕☁,Micro-USB雖有防止反接的防呆機制▩◕☁,但正反均可接的好處▩◕☁,勝過防止反接▩◕☁,
Micro-B(反面)
Micro-B(反面)
摸黑狀況上都可順利完成接線·☁。 另外▩◕☁,Type-C還有增進的電磁干擾與RFI mitigation (射頻干擾抑制)特性·☁。
 
Type-C引腳定義
Type-C引腳定義
 
傳輸速率與編碼標準
 
因應各種裝置的高速應用▩◕☁,USB的頻寬從1.0版本(1.5Mbps)▩◕₪、1.1版本(12Mbps)▩◕₪、2.0版本(480Mbps)到3.0版本(5Gbps)▩◕☁,速度已經有很大的進步了▩◕☁,而面對將來的需求▩◕☁,新的USB 3.1介面將把頻寬再翻倍▩◕☁,提升至10Gbps▩◕☁,同時值得注意的是▩◕☁,編位元速率也再度提升·☁。
 
USB 3.0為8b10b編碼▩◕☁,也就是每傳送10bit資料中▩◕☁,只有8bit是真實的資料▩◕☁,剩餘的2bit是做為檢查碼·☁。8B/10B(簡稱8b10b)最早是IBM在1983年發明並應用於ESCON(Enterprise Systems Connection 200M)(200M互連繫統)上的·☁。因此整個頻寬會有高達20%(2/10)的損耗▩◕☁,而新的USB 3.1則是使用128b/132b編碼▩◕☁,在132bit的資料中▩◕☁,只需使用4bit做為檢查碼▩◕☁,傳輸損耗率大幅下降為3%(4/132)▩◕☁,所以USB 3.1不單只是提升頻寬而已▩◕☁,連傳輸效率也增進不少·☁。另外▩◕☁,相較於Thunderbolt▩◕☁,USB 3.1和Thunderbolt1已同樣擁有10Gbps的速度▩◕☁,而Thunderbolt 2雖然提供20Gbps▩◕☁,但只是把原本的Thunderbolt 1中兩條獨立的10Gbps合併▩◕☁,變成單向傳輸20Gbps▩◕☁,而非雙向▩◕☁,而此看來▩◕☁,只要USB 3.1裝置正式問市後▩◕☁,頻寬速度和應用廣度上仍相當具有優勢·☁。
 
電力供應規範
 
相比USB 2.0的5V/0.5A▩◕☁,USB 3.0提供了5V/0.9A電源·☁。但人們任然希望更強的供電能力▩◕☁,於是USB 3.1(SuperSpeed+)將供電的最高允許標準提高到了20V/5A▩◕☁,供電100W·☁。
 
電力供應規範- USB Power Delivery(USB PD)▩◕☁,設計上相容現有的USB 2.0和USB 3.0線材和聯結器▩◕☁,新的USB 3.1 Type-C聯結器也通用·☁。USB PD支援更高的電壓和電流▩◕☁,以滿足不同的應用裝置▩◕☁,同時也相容現有的USB Battery Charging 1.2充電規格·☁。USB PD為埠對埠的架構▩◕☁,USB和電力溝通訊號分開▩◕☁,電力的供應是透過主機端和裝置端的VBus通訊協定來溝通▩◕☁,如果裝置支援▩◕☁,則可依組態(Profiles)的電壓和電流▩◕☁,提供更高的瓦數供應·☁。USB PD依裝置不同分成5個組態(Profiles)▩◕☁,皆需要使用新的可偵測線材▩◕☁,才能提供大於1.5A或5V的電力·☁。組態1針對手機▩◕☁,為5V/2A(10W)▩◕☁,基本的電力輸出▩◕☁,已比USB 3.0的5V/0.9A(4.5W)還多; 組態2為5V/2A或12V/1.5A(最大18W)▩◕☁,可為平板和筆電充電;組態3為5V/2A或12V/3A(可提供較大的筆電最大36W的電力);組態4為最大為20V/3A(60W)(Micro-A/B聯結器不支援)▩◕☁,▩◕☁,組態5為最大為20V/5A(100W)的電力供應▩◕☁,(TYPE-A/B聯結器不支援),也就是說只有type-c才能完全支援最大100W電力供應·☁。USB 3.1供電的提升▩◕☁,以及支援充電的應用將會讓USB 3.1有望大一統手機▩◕₪、平板▩◕₪、電腦傳輸介面·☁。
 
 
影音傳輸標準
 
USB 3.1新增USB A/V影音傳輸·☁。使用USB來傳輸畫面其實有很大的便利性▩◕☁,除了USB介面本身就相當廣泛外▩◕☁,還能省去一條電源線▩◕☁,直接以USB供電▩◕☁,例如ASUS MB168B+ 15.6吋可攜式顯示器▩◕☁,就是以一條USB 3.0來連線顯示▩◕☁,不過它最多隻支援到Full HD等級·☁。新的USB AV 3.1提供9.8Gbps頻寬▩◕☁,最高支援4096 x 2304 @ 30FPS的4K顯示畫面▩◕☁,4K顯示的規格已和HDMI 1.4一樣▩◕☁,同時USB AV也支援HDCP影像加密技術▩◕☁,搭配更大的電力供應▩◕☁,較大尺寸的顯示器可望也能藉由USB AV 3.1來顯示4K解析度·☁。另外▩◕☁,現有的裝置和顯示器可透過USB AV轉接器▩◕☁,以USB線來傳送影音·☁。USB AV若能加以普及▩◕☁,勢必能為生活帶來很多便利性▩◕☁,USB線也可能取代其它顯示介面▩◕☁,成為最實用的影音傳輸線材·☁。
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