01 什么是USB4?

各類電子設(shè)備，包括電腦、智能手機(jī)和游戲主機(jī)等，如今普遍采用USB Type-C作為標(biāo)準(zhǔn)連接接口。值得注意的是，雖然USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)明確定義了連接器的物理規(guī)格(接合面形態(tài))，但在實(shí)際應(yīng)用中，基于該接口的不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如USB3.2、USB4和USB-PD等)在數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、傳輸速率及供電能力等方面存在顯著差異。

最新USB4標(biāo)準(zhǔn)雖然沿用了與早期USB Type-C相同的物理接口形態(tài)，但在技術(shù)性能上實(shí)現(xiàn)了重大突破和全面升級(jí)。

*新命名約定：最新的USB版本USB4刪除了“USB”和版本號(hào)“4”之間的空格。此外，還刪除了表示規(guī)格細(xì)微更新的小數(shù)點(diǎn)。相信這些新的命名約定將有助于減少用戶混淆。

USB Type-C連接器支持一項(xiàng)重要的可選功能—替代模式(AlternateMode)，使其能夠傳輸U(kuò)SB標(biāo)準(zhǔn)之外的其他協(xié)議信號(hào)。而USB4標(biāo)準(zhǔn)在這一基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)重大革新：

02 從用戶角度看發(fā)生的變化

1.帶寬性能飛躍：

·最大帶寬提升至40Gbps，達(dá)到USB3.2Gen2x2標(biāo)準(zhǔn)的兩倍

·引入創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)帶寬分配機(jī)制，可根據(jù)不同信號(hào)需求靈活調(diào)整

2.革命性的隧道技術(shù)：

·通過"協(xié)議隧道”(Tunneling)技術(shù)，將多種傳輸標(biāo)準(zhǔn)整合至單一接口

·支持USB3.2、DisplayPort和PCIe等多種協(xié)議在同一隧道中傳輸

·各協(xié)議可共享總帶寬，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分配，突破傳統(tǒng)固定帶寬限制

3.兼容性優(yōu)勢：

·保持對(duì)USB3.2Gen2原生傳輸?shù)南蛳录嫒?/p>

·保留傳統(tǒng)替代模式支持

與傳統(tǒng)替代模式的對(duì)比優(yōu)勢：

·傳統(tǒng)替代模式采用專用信號(hào)路徑，各協(xié)議獨(dú)占固定帶寬且無法重新分配。而USB4的隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)了：

·多協(xié)議共享同一傳輸通道

·40Gbps總帶寬的動(dòng)態(tài)智能分配

·USB數(shù)據(jù)包與非USB信號(hào)的高效共傳

這些創(chuàng)新使USB4在保持接口物理兼容性的同時(shí)，大幅提升了傳輸效率和靈活性。

隧道概念

一將傳統(tǒng)最大帶寬增加一倍，并支持不同協(xié)議的隧道。(如圖所示)

兼容多種協(xié)議的隧道

下表顯示了含USB端口的設(shè)備以及USB傳輸標(biāo)準(zhǔn)的兼容性規(guī)則

03 JAE的USB4認(rèn)證產(chǎn)品

作為全球互連技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，JAE積極參與USB-IF工作小組的新規(guī)范制定工作，致力于推動(dòng)USB4標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新與發(fā)展。

以下將詳細(xì)介紹已通過最新USB4標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的插座連接器、線纜以及插頭連接器(注：插頭連接器本身不參與認(rèn)證)。這些產(chǎn)品嚴(yán)格遵循USB4規(guī)范，確保高性能與可靠性，為用戶提供卓越的連接體驗(yàn)。

在詳細(xì)介紹產(chǎn)品之前，我們首先簡要說明USB認(rèn)證的關(guān)鍵流程和測試要求。

認(rèn)證過程

USB-IF已經(jīng)建立了一套認(rèn)證程序，確認(rèn)產(chǎn)品是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

通過經(jīng)認(rèn)證第三方測試機(jī)構(gòu)測試的產(chǎn)品將列在USB-IF網(wǎng)站中的集成商列表中，有權(quán)使用各種USB標(biāo)志。

04 USB4 Version 2.0規(guī)格概述

1.80Gbps傳輸速率(基于PAM3調(diào)制技術(shù))

PAM3技術(shù)原理：

·通過三電平脈沖幅度調(diào)制(高/中/低電壓)傳輸三值信號(hào)，相比傳統(tǒng)NRZ(二值)編碼提升50%數(shù)據(jù)速率。

·優(yōu)勢：在相同頻率下實(shí)現(xiàn)1.5倍帶寬(80Gbps vs.USB4Gen3的40Gbps)

·挑戰(zhàn)：需增強(qiáng)抗噪設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)電壓容差減小問題

2.物理層兼容性

·支持現(xiàn)有USB4Gen3(40Gbps)Type-C接口及無源電纜(降速兼容)

·新增優(yōu)化有源電纜實(shí)現(xiàn)全速80Gbps傳輸

3.協(xié)議兼容性

·原生支持DisplayPort 2.1與PCI Express 4.0標(biāo)準(zhǔn)

4.USB3.2隧道模式(20Gbps)

·USB4v2.0將隧道帶寬從10Gbps翻倍至20Gbps

·注：隧道技術(shù)詳解參見本文件第3頁

5.非對(duì)稱傳輸模式(120GbpsTX/40GbpsRX)

·實(shí)現(xiàn)方式：重新分配USBType-C引I腳，將RX2轉(zhuǎn)為TX3使用

·發(fā)射端：3×40GbpsTX通道=120Gbps

·接收端：保留1×40GbpsRX通道

·典型應(yīng)用：8K視頻編輯等超高帶寬下行場景

6.全系列向下兼容

保持對(duì)USB4/3.2/3.1/3.0/2.0的完整兼容性

05 USB4認(rèn)證插座連接器

提供以下兩種安裝類型選擇：

1.板上型與沉板型(均帶有USB4TID認(rèn)證號(hào))

2.型號(hào)DX07S024JAA和B024JAA已通過Thunderbolt4標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證

可選配置包括：

·帶法蘭/無法蘭設(shè)計(jì)

·多種中心高度規(guī)格

·提供機(jī)器樣板服務(wù)

·支持基板定制設(shè)計(jì)

USB4認(rèn)證線纜

該產(chǎn)品已通過認(rèn)證測試，獲得了TID編號(hào)，會(huì)考慮量產(chǎn)。

USB4認(rèn)證線纜

該零件編號(hào)與規(guī)格適用于針對(duì)USB4線纜優(yōu)化的插頭連接器。插頭連接器用于JAEUSB4無源線纜的兩端。(通過USB3.2Gen2認(rèn)證(TID：4025)。*見下文)

插頭連接器的端子長度縮短2.35mm，比之前的連接器更小巧，同時(shí)具有卓越的電氣特性。該產(chǎn)品作為插頭連接器，組裝在用于USB4插座連接器認(rèn)證測試的官方測試夾具上(也稱為黃金插頭)。

06 什么是USB PD EPR?

USB Type-C R2.1和USB PD R3.1于2021年5月25日發(fā)布，隨著EPR的引入，USBType-C連接器現(xiàn)在可以支持高達(dá)240W的功率傳輸。

下文概要介紹了USB Power Delivery Extended Power Range(USB PD EPR，USB功率傳輸擴(kuò)展功率范圍)，其優(yōu)勢以及兼容的JAE產(chǎn)品。

首先，什么是USB PD標(biāo)準(zhǔn)?

這些是由USB Implementers Forum(USB-IF，USB開發(fā)者論壇)建立的標(biāo)準(zhǔn)。

使用USB Type-C連接器和線纜，不僅使USB BC 1.2(電池充電規(guī)范修訂版1.2)能夠支持7.5W(5V/1.5A)以上電源，線纜和連接器還可用于與主機(jī)同步，交換主機(jī)和設(shè)備角色以及協(xié)商非USB協(xié)議的傳輸。(替代模式)

在USB PD規(guī)范出現(xiàn)之前，使用USB端口供電時(shí)，電壓被限制在5V。采用USBPD標(biāo)準(zhǔn)可以擴(kuò)大電壓范圍，使更高水平的功率傳輸成為可能，而采用新的EPR標(biāo)準(zhǔn)后，電壓范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。采用USB PD R3.1(EPR)，最大功率從100W(20V/5A)增加到240W(48V/5A)。

下表列出了USB標(biāo)準(zhǔn)中定義的電源要求：

USB PDE PR概述及優(yōu)勢

·EPR模式激活后，功率可從100W(20V/5A)增加至240W(48V/5A)。

·除了現(xiàn)有的5V，9V，15V和20V固定電壓電平，還可選擇三種新的固定電壓電平：28V(>100W)，36V(>140W)和48V(>180W)。

·在adjustablevoltage supply(AvS，自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié))模式下，根據(jù)可用電源的不同，電壓最小為15V，最大為三個(gè)電壓(28V、36V或48V)之一。該器件能夠以100mV/50mA的增量精確調(diào)節(jié)理想電壓。這可提高充電和熱效率。

下表是之前的USB PD 3.0和USB PD 3.1加上EPR后的對(duì)比：

下圖顯示了使用EPR后擴(kuò)展的功率范圍：

主要優(yōu)勢：

·電壓更高，可傳輸更高功率。

·與之前的USBPD規(guī)格相比，功率增加100W以上，適用于更廣泛的應(yīng)用。

·通過AVS精確調(diào)節(jié)至理想電壓，提高同步能力和熱效率。

07 對(duì)USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)連接器和線纜的要求

當(dāng)USB PD標(biāo)準(zhǔn)更新至版本3.1時(shí)，USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)也更新至版本2.1，主要變化如下：

·對(duì)連接器沒有額外要求

-USB端口必須帶有以下標(biāo)識(shí)

·線纜組件中增加了EPR線纜要求

-EPR線纜必須能夠在功能上支持50V和5A運(yùn)行。

-線纜必須支持53.65V的最低工作電壓

-VBUS路徑中的電氣部件(例如旁路冷凝器)的額定電壓必須至少為63V。

-所有EPR線纜必須采用數(shù)字化標(biāo)記，電子標(biāo)記必須包含EPR特定信息。

-EPR線纜應(yīng)兼容50V、5A。

-EPR線纜必須采用USB-IF定義的線纜標(biāo)識(shí)，能夠通過視覺加以識(shí)別。

·不再推薦100W USB Type-C至USB Type-C線纜

-USB-IF建議所有5A線纜兼容240W，并已于2021年12月22日停止對(duì)100W線纜的認(rèn)證。

JAE的USB PD EPR兼容產(chǎn)品

作為互連技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，JAE積極參與到USB-IF工作小組制定新規(guī)范的工作中。以下是當(dāng)前兼容的JAE產(chǎn)品：

插座和插頭連接器

所有產(chǎn)品均兼容EPR240W(5A/48V)

線纜

線纜長度為1.0m的USBType-C雙頭線束已通過USB認(rèn)證測試，并獲得了TID(截至2022年6月底)，會(huì)考慮量產(chǎn)。

EPR 240W USB4 Gen3兼容線纜