USB 3.2：SoC设计人员面临的最新USB Type-C挑战

本文概述了受益于USB 3.2带宽增加的应用，描述了USB Type-C™的最新USB 3.2规范，并说明了最新规范如何影响使用USB Type-C连接器和电缆速度。此外，还讨论了USB 3.2的实现，USB 3.2的新功能以及设计人员如何在下一个设计中成功集成USB 3.2 IP。

一、USB 3.2应用

许多应用都存在无法满足的“速度需求”。大容量存储是一个经典示例，它最大程度地减少了等待文件传输所花费的时间，从而使消费者受益匪浅。如今，大多数海量存储设备仅以USB 3.0速度连接，这比旋转硬盘驱动器(HDD)还要快。但是，在快速传输到闪存固态磁盘(SSD)方面，USB 3.0已成为瓶颈。USB 3.2大容量存储设备的连接速度达到20Gbps，实际吞吐量是USB 3.0的四倍以上，并具有最新SSD的功能。

图形适配器

外部USB图形适配器也可以利用USB 3.2。 USB 3.2可以使得长电缆(最长3m)可以达到10Gbps的连接速度，或使1m电缆的连接速度达到20Gbps，并具有高分辨率、高刷新率、低压缩率和多显示功能。一些扩展坞也可以同时使用USB和DisplayPort的一对或两个通道同时连接其他USB和DisplayPort。如果用户需要更多显示功能，则DisplayPort备用模式允许将所有四个Type-C通道都用于DisplayPort。但是，USB连接仅限于USB 2.0速度。

视频应用

静态相机和摄像机生成的数据量超过通过USB连接实时传输的数据量，因此它们通常要使用压缩来降低吞吐量和存储要求。如今的相机通常具有大容量存储功能，这得益于更高的USB 3.2连接速度。

除了标准的消费类视频应用外，工业视觉系统也可以利用USB 3.2速度。在工业视觉系统中，通常不选择压缩，因为图像捕获、处理和采取适当措施(例如从高速传送带上取下物品)的时间很紧迫。使用USB 3.2可使这些系统支持更高的分辨率或帧速率。

汽车应用

由于电缆长度和专有的汽车连接器，汽车系统通常不支持USB 3.1 Gen 2连接。

但是，由于与USB 3.1 Gen 1相比，USB 3.2 Gen 1x2连接将吞吐量提高了一倍，达到10Gbps，因此可以大大改善信息娱乐数据传输。在服务模式下，这可以加快信息娱乐系统固件和应用程序更新的速度，包括地图和导航数据。在任务模式下，消费者可以连接任何USB 2.0或USB 3.x设备，并且由于USB向后兼容标准，使得它们可以工作。

USB 3.2用于调试

固件工程师和软件开发人员可以利用USB 3.2为消费者提供高质量的产品。更复杂的芯片需要更多带宽才能有效地进行跟踪和调试输出。

专用的跟踪和调试端口通常要使用昂贵的专用捕获盒，这些捕获盒需连接到专用开发板，通常只有少数工程师才能使用。设备模式下的Synopsys USB设备控制器或双重角色控制器提供了外部缓冲区控制(EBC)功能。EBC可为从产品输出的跟踪和调试数据提供高达20Gbps的吞吐量，而无需在初始设置后进行软件干预。产品上现有的Type-C连接器、标准USB电缆和PC /笔记本电脑被用于捕获跟踪和调试数据。

因此，USB 3.2和EBC为更多的工程师和开发人员提供了先进的跟踪和调试功能，使他们能够更快地开发质量更好的产品。

二、定义USB 3.2

USB 3.2规范取代了USB 3.1规范。 USB 3.2引入了新的命名法，就像USB 3.1规范在取代USB 3.0规范时引入了新的命名法一样。这意味着无论支持的连接速度如何，都应根据USB 3.2规范设计所有支持Enhanced SuperSpeed的新USB产品。

USB 3.2定义了以下连接速度：

•通用术语：Gen X x Y-(速度x信道)

•增强的SuperSpeed Gen 1x1-(5G)

•增强的SuperSpeed Gen 2x1-(10G)

•增强的SuperSpeed Gen 1x2-(5G * 2 = 10G)

•增强型SuperSpeed Gen 2x2-(10G * 2 = 20G)

线路编码架空(line encoding overhead)后，四种不同USB 3.2连接速度的最大吞吐量约为4Gbps、9.7Gbps、8Gbps和19Gbps。在各种USB协议和设备类架空后，实际的吞吐量较低，并且取决于实现方式。

USB 3.2 Gen 2x1和Gen 1x2均可提供10Gbps的原始数据速率。但是，由于Gen 2的线路编码效率更高，Gen 2x1的吞吐量大约比Gen 1x2的吞吐量高1.2倍。两者都需要10Gbps的连接速度，并支持不同的用例。

将USB 3.2命名法映射到USB 3.1和USB 3.0命名法：

•Gen 1x1 = SuperSpeed-> USB 3.0-> USB 3.1 Gen 1

•Gen 2x1 = SuperSpeedPlus-> USB 3.1-> USB 3.1 Gen 2

USB-IF尚未发布USB 3.2营销建议。持续使用USB 3.0、USB 3.1、USB 3.2 10G和USB 3.2 20G可以减少消费者的困惑。无论使用哪种市场名称来描述USB 3.2产品，对于USB 3.2产品支持哪种连接速度，准确而真实是很重要的。

三、USB 3.2和USB Type-C电缆和连接器

通过发布连续的规范更新，USB提高了速度，增加了功能和易用性，并保持了对早期USB规范的向后兼容性，从而使消费者对消费者的关注保持了20多年。使用新产品的设计人员应参考2017年9月发布的USB 3.2规范。该规范使USB 3.1的连接速度提高了一倍，使用USB Type-C连接器和电缆可提供高达20Gbps的速度。

USB Type-C是当前在大多数新型主机(PC、笔记本电脑、二合一平板、敞篷车混合动力车)和双重功能机(平板电脑、电话)设备中使用的标准USB连接器。Type C外围设备很常见，Type C充电器、迷你坞站、A / V适配器、集线器等更容易看到。

USB-IF通过将USB电缆和连接器章节移到单独的文档中，并着重强调了在USB 3.2规范中向USB Type-C连接标准的过渡。将标准A，标准B和迷你/微型连接器重命名为旧版USB连接器。

USB 3.2 Dual Lane模式设计用于USB Type-C连接器。USB 3.2采用USB Type-C连接器中的四个差分SuperSpeed / SuperSpeedPlus对，这与USB 3.1和USB 3.0不同，后者根据Type-C连接器的方向使用一个或另一个TX / RX通道对。