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USB4.0知识指南

大家好,我是广元兄。很高兴和大家分享信号完整性的相关知识。希望大家点赞,分享。有什么问题加微交流学习,微信号【SI_Basic】。

Slogan:一起学习,共同进步!

USB4.0是2019年发布的规范文档,是基于 Thunderbolt 3 协议,使用Type C接口,支持USB、DP、PCIe功能。USB4和DisPlayPort 2.0融合在一起,USB Type-C接口可以转换为DP2.0模式,用来传输音视频信号。

如何支持USB、DP、PCIe三种信号协议?在三种之间进行切换?文档给出的是Tunnel 技术,这样就可以最大限度发挥物理带宽性能。

外部设备收到来自USB4接口的数据,USB 2.0数据传输给USB 2.0功能模块,USB3上行端口适配器分离出USB 3.2数据传递给增强型超速功能模块,PCIe上行端口适配器分离出PCIe数据传递给PCIe功能模块,DisplayPort输出适配器分离出视频信号给DisplayPort显示模块。这样USB4主机就可以和外部设备(比如固态硬盘,移动硬盘,显示器等)之间进行传递文件和显示视频等功能。

这个技术让我想起Type C支持的拓展模式Alternate Mode

规范文档文末,给出使用Tunnel 技术,USB链路的带宽:

对前面的1485/1537/1169/1259 ns延迟时间的计算,理解得不够,这边做个记录,后面等其他串行信号学习总结后,再做比较和理解。

USB3.0链路给出的损耗指标:

需要注意的,Device部分的2~3inch PCB 走线,之所以给出的是一个范围,是因为2.5dB包含芯片封装和寄生效应

这个是2008年提的一个标准。等到2012年,为了增加设备端的损耗裕量,将总损耗提高了4dB,用以终端设备损耗裕量提高。

针对Gen1和Gen2不同速率链路,各部分损耗标准做了细分,同时针对不同的接口形式也给出细化指标:

以上这些是在USB3.1版本的文档给出的相关量化数据。

2021 DesignCon 关于USB部分的技术文档,也给出了相关量化指标:

有消费类产品就是使用的上面的标准。

等到USB4规范文档,这里面的协和USB4有一些不同:

前文也给出过,针对Repeater中继器给出的相关标准:

会发现,相关的指标比较多,针对各种应用选择有的不同细化指标,这取决于你设计的产品和应用。

串行信号的测试,都会使用测试夹具(Fixture)。USB4规范文档这里面针对测试夹具的指标:5GHz时为 0.5dB ± 0.25 dB,在10 GHz 时为1dB ± 0.25 dB

夹具的目标单端阻抗应为 42.5 Ω,也就是85Ω的差分阻抗。

针对Gen 2 和Gen 3 测试的标准和测试点的选择都是不同的,做了细分。

链路测试点示意图:

测试指标也做了细分,即使是Gen2速率下,测试指标也有所不同:

针对链路,满足相关的测试指标,给出均衡参数配置,以此来找到最优的值:

USB4设计没有做过,也没有看到最新的设计方面的文档。关于USB4设计方面的管控,可以参考USB3.2设计方面的相关指标:

Stub Gen 2 < 381um;

USB3.2针对AC 耦合电容 100nF(75~265nF),USB4这里给出的范围是135~265 nF;

反焊盘的处理:

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