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Análisis de información detallada introducido por USB4

Fecha de lanzamiento: 2021-12-28Fuente del autor: KinghelmVistas: 703

El nombre completo de USB4 es generación de bus serie universal4. El USB La interfaz se lanzó en 1996 con la especificación 0, la velocidad de transmisión admite 1.5 mbps de baja velocidad y 12 mbps de velocidad completa, y luego se publicaron sucesivamente velocidades de soporte de 480 mbps, 5 Gbps, 10 Gbps, 20 gbps, etc., y se lanzó la última generación. USB4 en septiembre de 2019, compatible con 20 gbps y 40 Gbps. Para la evolución de USB interfaz y el logotipo correspondiente, consulte la figura 1.

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Gráfico I  

Tres características clave de USB4

1. USB4 solo adopta un conector usb tipo c, y USB4 señales adoptan transmisión de doble canal; En el pasado, los conectores como usbtype-a o micro-b solo admitían la transmisión de un solo canal y no podían admitir USB4.

2. El más rápido USB La velocidad de transmisión admite 40 g (20 gbpsx2) y puede transmitir video y audio DisplayPort al mismo tiempo. Su objetivo es combinar múltiples protocolos en una única interfaz física, que puede compartir dinámicamente la velocidad general y el rendimiento de USBArquitectura 4.

3. Compatibilidad descendente USB2 0 y usb3 2 y soporte Thunderbolt 3.

USB4 puntos clave de conector y cable

1. USB4 solo usa conector usb tipo c.

2. Cable pasivo usb4cable. La longitud del cable pasivo soportado está determinada por usb3 de 1 metro de 2gen2, reducida a 0.8 metros de usb4gen3.

3. Si necesita un cable largo, como conectar una pantalla grande o una aplicación de realidad virtual, puede usar un cable activo. USB4 cables activos son cables que contienen elementos repetidores (como re temporizador, re controlador y otros elementos activos), así como cables de fibra óptica. En cuanto al cable activo que puede soportar, la longitud máxima es de 5 metros.

USB4 enfoque de arquitectura

Los principales componentes de USB4 incluyen enrutador, adaptador y TMU (unidad de gestión del tiempo).

1. El enrutador es un módulo de construcción principal de USB4. El enrutador convierte el protocolo de túnel en USB4 paquetes para transmisión y realiza sincronización horaria a través de TMU. Es detectado y administrado principalmente por ConnectionManager integrado en usbhost.

2. El adaptador está integrado en el enrutador. Su función principal es convertir el protocolo entre el enrutador y los componentes externos. Por ejemplo, cuando usb4host transmite datos de usb3 (como se muestra en la Figura 2), el usb3host interno encapsula el protocolo en usb4tunneledpacket a través de usb3adapter. Un enrutador puede admitir hasta 64 adaptadores.

3. La TMU está integrada en el enrutador y utiliza una unidad de administración de tiempo distribuida (TMU) para sincronizar la hora entre enrutadores.

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Figura II

USB4 se divide en cinco niveles por función

1. Protocoladapterlayer: es responsable de la correspondencia entre USB4 y diferentes protocolos, encapsulando diferentes protocolos en paquetes tunelizados y transmitiéndolos en el USBinterfaz 4.

2. Capa de configuración: se encarga de procesar los paquetes de control transmitidos por el administrador de conexión y adjuntar la dirección correspondiente en la ruta para asegurar su mecanismo de transmisión confiable.

3. Capa de transporte: define el formato del paquete, la ruta, el control de flujo y el control de tiempo, y genera paquetes de administración de enlaces para proporcionar paquetes de sincronización de tiempo, paquetes de control de flujo, etc.

4. Capa lógica: se encarga de establecer USB4 conexión entre los dos dispositivos, que proporciona transmisión y recepción de datos, codificación y decodificación, administración de energía, mecanismo de detección y recuperación de errores, y lleva a cabo la comunicación de inicialización del canal a través del canal de banda lateral, incluida la velocidad y la comunicación de doble canal.

5. Capa eléctrica: define las características de USB4 señales eléctricas, como voltaje, fluctuación, codificación, etc.

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Figura III

Como se muestra en la Figura 4, tomando el túnel usb3 como ejemplo, usb4host transfiere el protocolo usb3 a la capa eléctrica usb4hub a través de la capa de transporte usb4, la capa lógica usb4 y la capa eléctrica usb4 a través del adaptador de protocolo usb3. Luego realice una serie de usb3 / USB4 conversión según la secuencia de la Figura 4 para transmitir la señal al dispositivo usb4.

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Figura IV

protocolo de túnel usb3

La USB4 consta de protocolos de túnel PCIe, usb3 y DisplayPort. Esta hoja espacial explica el protocolo del túnel USB3. El protocolo de túnel USB3 se refiere a encapsular el paquete USB3 original en un paquete tunelizado a través de la capa de adaptador de protocolo. Se puede ver claramente en la Figura 5 que la parte roja es el paquete usb3 y la parte azul es el paquete tunelizado. La capa física se utilizará entre UFP (puerto ascendente) y DFP (puerto descendente).

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Figura V

USB4 tipo de producto

1. Usb4host: el producto tiene más de un DFP sin ningún UFP.

2. Usb4hub: el producto tiene un UFP y uno o más DFPS.

3. USB4 base base: el producto tiene un UFP y uno o más DFPS, y el producto también tiene las funciones de otros componentes, como dispositivo de almacenamiento o función de red.

4. Usb4device: el producto tiene una UFP sin ningún DFP.

Protocolo de túnel soportado por USB4

Según las especificaciones, existen diferentes requisitos para los protocolos de túnel que deben ser compatibles con el host/hub/dock/dispositivo. Como se muestra en la figura siguiente, es necesario marcar "V", y el resto puede ser compatible o no.

Por ejemplo, usbhost debe admitir usb3, DisplayPort y tunelización de host a host, pero pciexpress y tbt3tunneling no son compatibles.

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Figura VI

Velocidad de transmisión soportada por USB4

USB4 admite 20 gbps de usb4gen2 y 40 Gbps de usb4gen3. ¿Es necesario apoyar estas dos velocidades al anunciar el apoyo a USB4?

El usb4hub y USB4 debe admitir 20 gbps y 40 Gbps.

Para usb4host y usb4device, solo se admiten 20 gbps. (Se pueden incluir 40 Gbps como soporte adicional, velocidad de soporte no esencial).

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Figura VIII

conclusión

La USB4 la velocidad de transmisión aumenta a 40 Gbps y puede compartir dinámicamente el ancho de banda. Cuando se utiliza una línea de conexión USB tipo C, puede ser compatible con los productos Thunderbolt 3 y DisplayPort del mercado, que es una interfaz más conveniente para los consumidores. Sin embargo, para los desarrolladores de productos, USB4 es un gran desafío. Además de las diferencias en la arquitectura entre el diseño del producto y los productos USB3 anteriores, y la atenuación de las señales de alta frecuencia en PCB y conectores, debemos prestar más atención a la adaptación de impedancias de alta frecuencia para garantizar la calidad de las señales transmitidas en la etapa de desarrollo. .

conector usb


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