2、特性阻抗

如果是用在高速/全速设备，线缆需要做屏蔽，数据线需要双绞。 协议规定，数据线的线号为 28AWG，电源和地线的线号为 20AWG-28AWG。线材差分特性阻 抗为 90Ω±15。

4、USB2.0传递信号电缆规范

USB电缆包含四根导线：VBUS、GND、D+、D-。VBUS是+5V供电，GND为VBUS、D+和D-的参考接地电平，D+和D-为差分信号对。下表格为USB全速和低速电缆比较。

噪声源：噪声源包含传导、普通电抗、磁、容性和电磁耦合。如果噪声电压过高，可能会造成接收器读取逻辑错误，严重可能会损坏元件。为了保障信号质量可以采用平衡线、双绞线、屏蔽电缆和较低的边沿速率等。

平衡线：USB去除噪声的一个办法为使用具有传递差分信号的信号线。连接到接口的噪声被平等的连接到连个信号线，接收器只检测到信号线的差分信号，两者噪声恰好相互抵消。

双绞线：在全速USB电缆中，两根信号线必须形成双绞线。绞线在去除低频、磁耦合信号和60Hz电源线方面很有作用。减小绞线空隙可以减小电线产生的磁场，从而减小噪声量。

屏蔽：金属屏蔽可以防止噪声进入电缆同时防止电缆向外发送噪音，屏蔽对阻塞容性、电磁和高频电磁耦合产生的噪声有很好的防护作用。在全速电缆内部中用铝处理聚酯屏蔽包裹四根导线，外部还包裹着镀锡铜线，外层是乙烯氯化物护壳，屏蔽结束于接口插头处。

边沿速率：低速电缆中，低速边沿速率意味着信号包含很小的高频信号，这样电缆发送的噪声更少。

在 USB 设备连接时，USB 系统能自动检测到这个连接，并识别出其采用的数据传输速率。USB 采用在 D+或 D-线上增加上拉电阻的方法来识别低速和全速设备。

高速设备是以一个全速设备的身份出现的，即和全速设备一样，高速设备也在 D+端有一个 1.5K 的上 拉电阻。USB2.0 的 HUB 把设备当成一个全速设备，然后进行一系列的握手信号来确认双方的身份。详细 见下面分享的附件

如下图，D-通过 1.5K 电阻上拉为低速设备，D+通过 1.5K 电阻上拉为全速设备。

USB3.0 包含信号：5V，D-，D+，GND，SSTX+，SSTX-，SSRX+，SSRX-。 D-，D+即为 USB2.0 的信号线，遵循 USB2.0 协议。 SSTX+和 SSTX-为发送通道；SSRX+和 SSRX-为接收通道。

需要注意，USB3.0 对接时，一边的 TX 接另外一边的 RX，同 UART 串口一样。即 SSTX+接到 SSRX+， SSTX-接到 SSRX-。

 2、特性阻抗

线缆及连接器差分阻抗 USB3.0 的线缆和连接器同样是要做差分阻抗的。线缆的差分阻抗要求是 90Ω±5Ω；匹配连接器的差 分对阻抗要求 90Ω±10Ω

电源供电能力 USB3.0 的供电能力为 900mA，USB2.0 的为 500mA。

（1）信号对间斜率

SDP 对（SDP pairs）的信号对间斜率（intra-pair skew）建议应小于 15 ps/m。这应该使用一个 TDT 来测量，使用 200 ps (10%-90%)的上升时间（rise time），在输入电压 50%处跨越（crossing）的差分模式（differential mode）。

（2）差分插入损耗

线缆损耗依赖于线尺寸（wire gauges）和绝缘材料（dielectric materials）。表 5-14 列出 SDP 对（SDP pairs）的差 分插入损耗的例子。注意，差分损耗值(differential loss values)参考于一个 90 Ω 的差分阻抗(differential impedance)。

3、USB3.0传递信号电缆规范

（1）USB 3.0 线缆的横截面(cross-section)

有3 组: UTP 信号对(UTP signal pair)，屏蔽差分信号对 (Shielded Differential Pair, SDP, twisted or twinax signal pairs)，以及电源和地线 (power and ground wires)。

UTP 意图用于传输 USB 2.0 信号，而 SDPs 用于超高速信号；为了信号完整性和 EMI 性能（signal integrity and EMI performance），超高速差分对需要屏蔽（shield）。每个 SDP 都附与一个漏线（drain wire），最后（eventually）

通过连接器中的 GND_DRAIN 管脚连接到系统地（system ground）。

要求一个金属编织网（metal braid）来包裹（enclose）USB 3.0 线缆中的所有线。该编织网（braid）将被终端到插头的金属屏蔽（terminated to the plug metal shells），尽量接近 360°，以包涵 EMI（contain EMI）。

（2）信号安排

线编号（wire number），信号安排（signal assignments）以及线的颜色（colors of the wires）。

（3）线尺寸和线缆直径

与 USB2.0 相比，USB3.0 协议并未规范 USB3.0 的线材长度，只要信号符合其规范要求都是可以的。 查看某知名品牌 USB3.0 线缆，其线缆的最长长度为 2m 或者 3m（光纤传输除外）。

4、电路连接

USB3.0 对接时，一边的 TX 接另外一边的 RX，同 UART 串口一样。即 SSTX+接到 SSRX+， SSTX-接到 SSRX-。USB3.0 接口理论速度是 5Gb/s，算上 8b/10b 的编码方式，即只有 80%是有效数据，另外 20%是协议开销。

（1）线缆的粗细线号

一个典型的 USB 全功能型 Type-C 型电缆外径可从 4mm 至 6mm，而一个典型的 USB2.0 型 Type-C 电缆外径可从 2mm 至 4mm。一个典型的 USB Type-C 的 USB3.1 电 缆外径可以从 3mm 到 5mm。

3、特性阻抗

SDP 屏蔽差分线的阻抗控制在 90Ω±5Ω，单端同轴线控制在 45Ω±3Ω。阻抗应该 用 200 ps(10%-90%)的上升时间来评估。

Typec数据角色分类

DFP——Downstream Facing Port，也就是主设备
UFP——Upstream Facing Port，也就是从设备
DRP——Dual Role port，既可以做DFP，也可以做UFP。

在建立连接之前，DRP的角色在DFP和UPF之间切换。如果两个DRP连接，最先随机到那种角色后开始建立连接，之后可以通过USB协议协商进行动态切换。

（2）CC检测原理

Type-C连接器中有两个管脚CC1和CC2，他们用于识别连接器的插入方向，以及不同的插入设备。本文介绍CC的基本识别原理。

 为什么需要CC检测

CC信号有两根线，CC1和CC2，大部分USB线（不带芯片的线缆）里面只有一根CC线，DFP可根据两根CC线上的电压，判断是否已经插入设备。通过判断哪根CC线上有下拉电阻来判断方向，下图的说明已经非常清晰。

如果CC1引脚检测到有效的Rp/Rd连接（对应的电压），则认为电缆连接未翻转。
如果CC2引脚检测到有效的Rp/Rd连接（对应的电压），则认为电缆连接已翻转。

“有效的Rp/Rd连接”指在CC上形成了有效的电压。从DFP的角度看，下表列出了所有可能的连接状态。

（3）DFP的上拉电阻Rp

DFP的CC1和CC2信号上都必须有上拉电阻Rp，上拉到5V或3.3V。或者CC1和CC2都用电流源上拉。最终的目的是在插入后，能检测到CC1或CC2上的电压，进而判断是否翻转以及DFP的电流能力。如下是所有可能的配置。可以选择右边三列中的任何一列作为上拉方式，比如Fairchild的FUSB300就是用330uA上拉，TI的TUSB320LAI用的是80uA的上拉，不同的上拉方式在CC引脚上形成的电压不同，不同的电压对应不同的电流能力。

（4）UPF的下拉电阻Rd

UFP的CC1和CC2管脚都要有一个下拉电阻Rd到GND（或者使用电压钳位）。Rd的处理方式如下表。

最后一列的电流源连接至的电压，是指3.1节中表格的最后一列电流源的上拉电压。我们把每种可能的上下拉范围都计算出了最终形成的电压范围，如下表。

CC检测芯片会检测这个电压，通过判断电压范围来决定下一步操作。下表是CC管脚上不同的电压对应的DFP能提供的电流能力。第二列列出的每一种电压范围，都分别覆盖了上表计算出的电压。Rp/Ra的计算是同理的。

（5）数据线上电阻Ra

带电子标签的线缆，其中一个CC管脚被更名为VCONN，用于给电子标签芯片供电。这个VCONN管脚与GND之间需要一个Ra电阻，这个电阻值范围是800Ω~1.2KΩ。

（6）VCONN电源

VCONN的允许范围是4.75V~5.5V，要求供电能力是1W。默认情况下DFP提供这个电源。如果两个DRP连接，则双方可以通过USB PD协议协商来交换VCONN供电方。
支持PD的USB3.0接口均需支持VCONN，可以通过下面两种方式之一提供VCONN电源。

如果其中一个CC引脚上检测到有效的Rp/Rd连接，则VCONN电源可以接到另一个对应的CC引脚。
如果其中一个CC引脚上检测到有效的Rp/Rd连接，先检查另一个CC引脚是否也有Rp/Ra连接，然后再提供VCONN。
先检测是否有Ra存在，如果有说明需要Vconn供电，此时再提供Vconn。检测过程不需要Vconn存在。
注意，每一个CC引脚内部都有一个开关，轮训CC和VCONN功能，下图是一个典型的连接方式：

五、USB 带宽的分配

USB 协议规定，控制传输应确保在低/全速时能够使用 10％的带宽，高速时能够使用 20％的带宽。

而批量传输并没有保留任何带宽。即批量传输只有在控制传输和其它传输不需要使用其带宽的情况下， 方能使用剩下的带宽。

因此，尽管总线闲置时批量传输可以在一段时间里尽快地传输大量的数据，但总线忙时批量传输就可 能工作很慢。

通常主机同时使用鼠标、键盘、摄像头、打印机和扫描仪等多种 USB 设备，它们分别采用不同的传 输方式。

如果开始只有一个设备以批量传输方式独占系统的全部带宽，速度会很快(接近 53 MB/s)。但如果新 插入的若干设备需要使用控制传输全部 20％的保留带宽，那么先前设备批量传输的可用带宽就会下降到 原先的 80％，传输速度可能变为 42 MB/s 以下。

作为一种更极端情况是批量传输设备插入前，已有设备以控制传输方式完全占有了 20％的保留带宽。 其它设备也以中断或者同步传输方式共同占据了剩下的 80％带宽，那么批量传输设备就会因为没有保留 带宽，只能处于等待的状态