USB4 täisnimi on universalserialbusgeneration4. USB-liides ilmus spetsifikatsioonis 1996 0, edastuskiirus toetab madalat kiirust 1.5 Mbps ja täiskiirust 12 Mbps ning seejärel avaldas järjest tugikiirused 480 Mbps, 5 Gbps, 10 Gbps, 20 Gbps jne ning andis välja uusima põlvkonna USB4. spetsifikatsioon septembris 2019, toetades 20gbps ja 40 Gbps. USB-liidese ja vastava logo arengu kohta vaadake joonist 1.

USB4 kolm peamist funktsiooni

1. USB4 kasutab ainult usbtype-c pesaja USB4 signaal võtab vastu kahe kanaliga edastuse; Varem pesaSellised tüübid nagu usbtype-a või micro-b toetasid ainult ühe kanaliga edastamist ja ei saanud toetada USB4.

2. Kiireim USB edastuskiirus toetab 40g (20gbpsx2) ja suudab samaaegselt edastada DisplayPorti videot ja heli. Selle eesmärk on ühendada mitu protokolli üheks füüsiliseks liideseks, mis suudab dünaamiliselt jagada USB4 arhitektuuri üldist kiirust ja jõudlust.

3. Allapoole ühilduvus USB2 0 ja usb3 2 ning thunderbolt 3 tugi.

USB4 pesa ja kaabli põhipunktid

1. USB4 kasutab ainult usbtype-c pesa.

2. Usb4-kaabli passiivkaabel. Toetatud passiivse kaabli pikkuse määrab usb3 1 meeter 2gen2, vähendatud 0.8 meetrini usb4gen3.

3. Kui vajate pikka kaablit, näiteks suure ekraani või VR-rakenduse ühendamiseks, võite kasutada aktiivset kaablit. USB4 aktiivkaablid on kaablid, mis sisaldavad repiiteri elemente (nt taastaimer, taasdraiver ja muud aktiivsed elemendid), aga ka kiudoptilised kaablid. Toetava aktiivkaabli puhul on maksimaalne pikkus 5 meetrit.

USB4 arhitektuuri fookus

USB4 põhikomponentide hulka kuuluvad ruuter, adapter ja TMU (ajahaldusüksus).

1. Ruuter on USB4 peamine ehitusmoodul. Ruuter teisendab tunneliprotokolli edastamiseks USB4-pakettideks ja teostab aja sünkroonimise TMU kaudu. Seda tuvastab ja haldab peamiselt usbhosti sisseehitatud ConnectionManager.

2. Adapter on ruuterisse sisse ehitatud. Selle põhifunktsioon on ruuteri ja väliskomponentide vahelise protokolli teisendamine. Näiteks kui usb4host edastab usb3 andmeid (nagu on näidatud joonisel 2), kapseldab sisemine usb3host protokolli usb4adapteri kaudu usb3tunneled paketti. Ruuter toetab kuni 64 adapterit.

3. TMU on ruuterisse sisse ehitatud ja kasutab aja sünkroonimiseks ruuterite vahel hajutatud ajahaldusüksust (TMU).

Joonis II

USB4 on funktsioonide järgi jagatud viieks tasemeks

1. Protocoladapterlayer: vastutab USB4 ja erinevate protokollide vahelise vastavuse eest, kapseldades erinevad protokollid tunnelpakettidesse ja edastades need USB4 liidesesse.

2. Konfiguratsioonikiht: vastutab ühendusehalduri edastatud juhtpakettide töötlemise eest ja teele vastava aadressi lisamise eest, et tagada selle usaldusväärne edastusmehhanism.

3. Transpordikiht: määrake paketivorming, tee, voo juhtimine ja ajastuse juhtimine ning genereerige linkihalduspakette, et pakkuda aja sünkroonimispakette, voojuhtimispakette jne.

4. Loogiline kiht: see vastutab USB4-ühenduse loomise eest kahe seadme vahel, andmeedastuse ja -vastuvõtmise, kodeerimise ja dekodeerimise, toitehalduse, vigade tuvastamise ja taastamise mehhanismi ning kanali lähtestamise side läbi külgribakanali, sealhulgas kiiruse ja kahe kanaliga side .

5. Elektriline kiht: määrab USB4 elektrisignaali omadused, nagu pinge, värin, kodeerimine jne.

Joonis III

Nagu on näidatud joonisel 4, edastab usb3host usb4-protokolli usb3-protokolli usb4hubelectricallayerile usb4transportlayeri, usb4logichlayeri ja usb4electricallayeri kaudu usb3protocoladapteri kaudu. Seejärel viige usb3-seadmesse signaali edastamiseks läbi rida usb4 / USB4 teisendusi vastavalt joonisel 4 näidatud järjestusele.

Joonis IV

Usb3 tunneli protokoll

USB4 signaal koosneb PCIe, usb3 ja DisplayPort tunneli protokollidest. See tühikuleht selgitab usb3 tunneliprotokolli. Usb3 tunneliprotokoll viitab algse usb3 paketi kapseldamisele tunneldatud paketiks protokolli adapterikihi kaudu. Jooniselt 5 on selgelt näha, et punane osa on usb3 pakett ja sinine osa tunneldatud pakett. Füüsilist kihti kasutatakse UFP (ülesvoolu port) ja DFP (allavoolu suunatud port) vahel.

Joonis V

USB4 tootetüüp

1. Usb4host: tootel on rohkem kui üks DFP ilma ühegi UFP-ta.

2. Usb4hub: tootel on üks UFP ja üks või mitu DFPS-i.

3. USB4-põhine dokk: tootel on üks UFP ja üks või mitu DFPS-i ning tootel on ka muude komponentide funktsioonid, nagu salvestusseade või võrgufunktsioon.

4. Usb4device: tootel on UFP ilma DFP-ta.

Tunneliprotokolli toetab USB4

Vastavalt spetsifikatsioonidele on tunneliprotokollidele erinevad nõuded, mida host / jaotur / dokk / seade peab toetama. Nagu on näidatud alloleval joonisel, on vaja märkida "V" ja ülejäänud saab toetada või mitte.

Näiteks peab usbhost toetama usb3, DisplayPorti ja hostist hosti tunneldamist, kuid pciexpressi ja tbt3tunnelit ei toetata.

Joonis VI

Edastuskiirust toetab USB4

USB4 toetab 20 Gbps usb4gen2 ja 40 Gbps usb4gen3. Kas USB4 toetamisest teatamisel on vaja neid kahte kiirust toetada?

Usb4hubil ja USB4-l põhinev dokk peab toetama nii kiirust 20 Gbps kui ka 40 Gbps.

Usb4host ja usb4device puhul saab toetada ainult 20 GB/s. (40 Gbps võib olla lisatoena, mittevajalik tugikiirus).

Joonis VII

järeldus

USB4 edastuskiirust suurendatakse 40 Gbps-ni ja see võib ribalaiust dünaamiliselt jagada. Kui kasutada usbtype-c ühendusliini, võib see ühilduda turul olevate thunderbolt 3 ja DisplayPort toodetega, mis on tarbijatele mugavam liides. Tootearendajatele on USB4 aga suur väljakutse. Lisaks erinevustele arhitektuurses tootedisaini ja varasemate usb3 toodete vahel ning kõrgsageduslike signaalide sumbumisele PCB-l ja pesas, peame rohkem tähelepanu pöörama kõrgsagedusliku impedantsi sobitamisele, et tagada arendusfaasis edastatavate signaalide kvaliteet.

usb pesa