USB各版本基础介绍

1 USB简介

USB（Universal Seiral Bus，通用串行总线）是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人计算机和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。

USB标志及海神

1.3 USB历史

USB接口由 Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC及Northern Telecom 等计算机公司和通信公司于1995年联合制定，经过近30年的发展，逐渐形成了现在的行业标准。

USB已经迭代了USB1.0/1.1、USB2.0、USB3.x几个版本，最终发展到了现在的USB4；传输速率也从最开始的1.5Mbps，大幅提高到了最新的40Gbps！

1.4 USB特点

2 USB各版本传输标准

USB传输标准经历了USB1.0/USB1.1->USB2.0->USB3.x->USB4.0的演进。每个版本的标志、传输速率和理论速度如下图。

• USB 1.0 -> USB 2.0 Low-Speed
• USB 1.1 -> USB 2.0 Full-Speed

• USB 2.0 -> USB 2.0 High-Speed

从USB3.0开始，可能是借鉴了USB2.0以前的发展经验（命名混乱，后文会提到），USB3.0开始分Gen1、Gen2，小版本的更新归属于Gen1、Gen2，大版本的更新归属于USB3.0、USB3.1、USB3.2（其实还是比较混乱）。

• USB 3.0 -> USB 3.1 Gen1 -> USB 3.2 Gen1
• USB 3.1 -> USB 3.1 Gen2 -> USB 3.2 Gen2x1
• USB 3.2 -> USB 3.2 Gen2x2

• USB 4 -> USB 4 Gen3x2

2.1 USB1.0

1996年1月15日推出USB1.0接口规范不过因为当时支持 USB 的周边装置少的可怜，所以主机板商不太把 USB Port 直接设计在主机板上。

• 规定低速传输速率为1.5Mbit/s
• 对外提供供电电压为5V，最大电流500mA
• 一般适用于鼠标、键盘等低速HID设备。
• 支持热插

2.2 USB1.1

• USB1.1规定了全速传输速率为12Mbit/s,并兼容USB1.0的1.5Mbit/s
• 传输线缆最大长度3m
• 对外提供供电电压为5V，最大电流500mA
• 一般适用于鼠标、键盘、U盘，光驱等。
• 一个USB接口理论上可以支持127个设备。

2.3 USB2.0

• 具备480Mbit/s的高速传输速率，向下兼容低速1.5Mbit/s和全速12Mit/s
• 传输线缆最大长度5m
• 对外提供供电电压为5V，最大电流500mA
• 通过HUB级联的方式，一个USB接口理论上可以扩展127个USB设备
• 支持 4种传输方式：控制传输、中断传输、同步传输和块传输。

超高速USB3.0规范于2008年11月17日于USB-IF组织推出。

• 提供更高的5.0Gbit/s的超高速传输速度，并向下兼容低速1.5Mbits/s、全速12Mbit/s和高速480Mbit/s传输速率

• 对外提供供电电压为5V，最大电流900mA

• 传输线缆最大长度3m

• 增加了新的电源管理功能，支持待机、睡眠以及暂定模式，更加省电。

• 全双工通讯。

• 速度翻番至10Gbps

• 新增USB A/V影音传输。更适合作为移动设备的输出接口，尤其是可逆的Type-C。

• 将供电的最高允许标准提高到了20V/5A，供电100W。

• 必须使用USB Type-C接口才能达到10Gbps的速度。

• 第一代 USB 3.1 改名为 USB 3.2 Gen 1 又称为第一代 USB 3.2，第二代 USB 3.1 改名为 USB 3.2 Gen 2 又称为第二代 USB 3.2。就这样，USB 3.1 也消失在了历史长河。

• 新发布的 USB 3.2 （传输速度 20Gbps），叫做 USB 3.2 Gen 2x2 又称为双通道第二代 USB 3.2。之所以想出USB 3.2 Gen2x2这样的名字，大概是因为它使用了USB Type-C接口的上下两端全部pin脚，速度得以翻番。

• USB 3.2 Gen 1、USB 3.2 Gen 2、USB 3.2 Gen 2x2还各自有一个市场推广命名，分别是SuperSpeed USB、SuperSpeed USB 10Gbps、SuperSpeed USB 20Gbps。

2019 年，USB4 发布，分为两个版本，一个是 20Gbps，一个是 40Gbps。物理接口形态统一使用 USB Type-C 接口。

• 最大支持 40Gbps 带宽

• 物理接口仅有 USB Type-C 一种

• 支持动态分配带宽

• 可选是否支持 Thunderbolt 3，只有这样才能达到最大带宽 40Gbps

• 需要强制使用 USB-PD 充电协议

为了保证设备兼容性，USB所有协议都向下兼容！这个特点也是USB能广泛应用的一大原因！

3 USB硬件接口

USB硬件接口版本

3.1 USB Type A/B

USB Type A(左)和USB Type B(右)

USB Type A：该标准一般适用于个人电脑PC中，是应用于最广泛的接口标准

USB Type B：一般用于3.5寸移动硬盘、以及打印机、显示器等连接。

3.2 USB Mini A/B

Mini USB Type A(左)和Mini USB Type B(右)

微型USB接口，适用于移动设备

Micro USB口是USB 2.0标准的一个便携版本，Mini USB的下一代规格，比早期部分手机使用的Mini USB接口更小。上一代我们的手机的充电接口就是Micro USB接口。

USB Type C接口

又称 USB-C，作为新一代通用接口，集成 USB 数据、PD 充电、音视频显示输出等功能，有望成为市场的统一接口。它是随着 USB 3.1 （这里特指 USB 3.1 Gen2，现名：USB 3.2 Gen 2，下同）标准被提出来的。

USB4 只有 USB Type-C 一种物理接口。在传输链路上 USB4 分出了不同「隧道」来传输数据，并且能「动态分配带宽」，根据每条「隧道」的实时情况，动态调整每一部分的带宽。目前支持：数据传输（USB 3.2 隧道）、视频传输（DisplayPort 1.4a 隧道）、可选隧道（PCI-E 隧道）三种。

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