Le nom complet de l'USB4 est universalserialbusgeneration4. L'interface USB a été publiée dans la spécification 1996 0, la vitesse de transmission prend en charge 1.5 Mbps à basse vitesse et 12 Mbps à pleine vitesse, puis a successivement publié les vitesses de prise en charge de 480 Mbps, 5 Gbps, 10 Gbps, 20 Gbps, etc., et a publié la dernière génération USB4. spécification en septembre 2019, prenant en charge 20 Gbit/s et 40 Gbit/s. Pour l'évolution de l'interface USB et le logo correspondant, veuillez vous référer à la figure 1.

Trois fonctionnalités clés de l'USB4

1. L'USB4 adopte uniquement l'USBType-C connecteur, et le signal USB4 adopte une transmission à double canal ; Dans le passé, connecteurLes périphériques tels que USBType-A ou Micro-B ne prennent en charge que la transmission à canal unique et ne peuvent pas prendre en charge USB4.

2. La vitesse de transmission USB la plus rapide prend en charge 40 g (20 Go/s x 2) et peut transmettre la vidéo et l'audio DisplayPort en même temps. Il vise à combiner plusieurs protocoles en une seule interface physique, capable de partager dynamiquement la vitesse et les performances globales de l'architecture USB4.

3. Compatibilité descendante USB2 0 et usb3 2 et prise en charge de Thunderbolt 3.

USB4 connecteur et les points clés du câble

1. L'USB4 utilise uniquement l'USBType-C connecteur.

2. Câble passif Usb4cable. La longueur du câble passif pris en charge est déterminée par usb3 1 mètre de 2gen2, réduite à 0.8 mètre de usb4gen3.

3. Si vous avez besoin d'un long câble, comme pour connecter un grand écran ou une application VR, vous pouvez utiliser un câble actif. Les câbles actifs USB4 sont des câbles contenant des éléments répéteurs (tels que re timer, re driver et autres éléments actifs), ainsi que des câbles à fibre optique. Quant au câble actif pouvant être supporté, la longueur maximale est de 5 mètres.

Focus sur l'architecture USB4

Les principaux composants de l'USB4 incluent le routeur, l'adaptateur et le TMU (unité de gestion du temps).

1. Le routeur est un module de construction principal de USB4. Le routeur convertit le protocole tunnel en paquets USB4 pour la transmission et effectue la synchronisation de l'heure via TMU. Il est principalement détecté et géré par le ConnectionManager intégré à usbhost.

2. L'adaptateur est intégré au routeur. Sa fonction principale est de convertir le protocole entre le routeur et les composants externes. Par exemple, lorsque usb4host transmet des données usb3 (comme le montre la figure 2), l'usb3host interne encapsule le protocole dans usb4tunneledpacket via usb3adapter. Un routeur peut prendre en charge jusqu'à 64 adaptateurs.

3. TMU est intégré au routeur et utilise une unité de gestion du temps distribuée (TMU) pour synchroniser l'heure entre les routeurs.

Illustration II

USB4 est divisé en cinq niveaux par fonction

1. Couche d'adaptateur de protocole : elle est responsable de la correspondance entre l'USB4 et les différents protocoles, en encapsulant différents protocoles dans des paquets tunnelés et en les transmettant dans l'interface USB4.

2. Configurationlayer : il est chargé de traiter les paquets de contrôle transmis par le gestionnaire de connexion et d'attacher l'adresse correspondante dans le chemin pour assurer la fiabilité de son mécanisme de transmission.

3. Couche de transport : définissez le format des paquets, le chemin, le contrôle de flux et le contrôle de synchronisation, et générez des paquets de gestion de liens pour fournir des paquets de synchronisation temporelle, des paquets de contrôle de flux, etc.

4. Couche logique : il est responsable de l'établissement de la connexion USB4 entre les deux appareils, de la transmission et de la réception des données, de l'encodage et du décodage, de la gestion de l'alimentation, du mécanisme de détection et de récupération des erreurs, et de la communication d'initialisation du canal via le canal à bande latérale, y compris la vitesse et la communication à double canal. .

5. Couche électrique : définit les caractéristiques du signal électrique USB4, telles que la tension, la gigue, le codage, etc.

Figure III

Comme le montre la figure 4, en prenant usb3tunneling comme exemple, usb4host transfère le protocole usb3 vers usb4hubelectricallayer via usb4transportlayer, usb4logichlayer et usb4electricallayer via usb3protocoladapter. Effectuez ensuite une série de conversions usb3/USB4 selon la séquence de la figure 4 pour transmettre le signal au périphérique usb4.

Figure IV

Protocole de tunnel USB3

Le signal USB4 est constitué des protocoles tunnel PCIe, USB3 et DisplayPort. Cette feuille d'espace explique le protocole du tunnel USB3. Le protocole de tunneling Usb3 fait référence à l'encapsulation du paquet USB3 d'origine dans un paquet tunnelé via la couche d'adaptateur de protocole. Il ressort clairement de la figure 5 que la partie rouge est le paquet USB3 et la partie bleue est le paquet tunnelisé. La couche physique sera utilisée entre UFP (port orienté vers l'amont) et DFP (port orienté vers l'aval).

Chiffre V

Type de produit USB4

1. Usb4host : le produit possède plusieurs DFP sans aucun UFP.

2. Usb4hub : le produit possède un UFP et un ou plusieurs DFPS.

3. Station d'accueil basée sur USB4 : le produit dispose d'un UFP et d'un ou plusieurs DFPS, et le produit a également les fonctions d'autres composants, tels qu'un périphérique de stockage ou une fonction réseau.

4. Usb4device : le produit dispose d’un UFP sans aucun DFP.

Protocole tunnel pris en charge par USB4

Selon les spécifications, il existe différentes exigences pour les protocoles de tunnel qui doivent être pris en charge par l'hôte/le hub/la station d'accueil/le périphérique. Comme le montre la figure ci-dessous, il est nécessaire de marquer « V », et le reste peut être pris en charge ou non.

Par exemple, usbhost doit prendre en charge usb3, DisplayPort et le tunneling hôte à hôte, mais pciexpress et tbt3tunneling ne sont pas pris en charge.

FigureVI

Taux de transmission pris en charge par USB4

USB4 prend en charge 20 Gbit/s de USB4gen2 et 40 Gbit/s de USB4gen3. Est-il nécessaire de supporter ces deux vitesses lors de l'annonce du support de l'USB4 ?

Les stations d'accueil USB4hub et USB4 doivent prendre en charge à la fois 20 Gbit/s et 40 Gbit/s.

Pour usb4host et usb4device, seuls 20 Gbit/s peuvent être pris en charge. (40 Gbit/s peuvent être répertoriés comme support supplémentaire, vitesse de support non essentielle).

Figure VII

conclusion

Le taux de transmission USB4 est augmenté à 40 Gbit/s et peut partager dynamiquement la bande passante. Lors de l'utilisation d'une ligne de connexion USBType-C, elle peut être compatible avec les produits Thunderbolt 3 et DisplayPort du marché, ce qui constitue une interface plus pratique pour les consommateurs. Cependant, pour les développeurs de produits, l'USB4 représente un grand défi. Outre les différences d'architecture entre la conception du produit et les produits USB3 précédents, ainsi que l'atténuation des signaux haute fréquence sur les circuits imprimés et connecteurs, nous devons accorder plus d'attention à l'adaptation d'impédance haute fréquence pour garantir la qualité des signaux transmis au stade du développement.

usb connecteur