【EETalk】消费类电子接口发展展望——USB会一统天下吗？

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说到各类接口，我们最熟悉的莫过于USB了。最常见的电脑，手机，甚至一些电视，移动智能设备，各种消费电子上都能看到他的身影。 

 

我记得早的时候，消费类电子的接口还是各式各样的，后来越来越方便，大部分情况下一根USB线就能解决。那么，USB是不是真的最终会一统消费类电子的天下呢？

 

USB接口的发展史是什么样的？又在众多种接口中是怎么脱颖而出的呢？？

 

有熟悉，了解这些的网友吗？快来聊一聊吧~~

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转一份芯耀辉科技技术支持总监刘好朋的一份主题演讲,来看看他对USB的看法：

 

发展历史丨30年风云，USB王者之气渐显

 

USB全称是Universal Serial Bus，名称体现了其通用性强、传输率高、兼容性好和即插即用的初心。迄今，USB接口标准已经历了3个阶段。第一阶段始于1995年，为解决接口通用性问题，第一代USB标准问世，传输速度仅为1.5Mbps，业内反响平平。第二阶段自2000年始，USB 2.0传输速度达到480Mbps，被广泛应用于各种数据传输应用。但在随后5年多间，USB标准并无新的亮点。

 

新的突破在第三阶段，以2008年发布USB 3.0、传输速度突破至5Gbps为标志。随后，2013年传输速度为10Gbps的USB3.1，2017年传输速度达20Gbps的USB3.2陆续发布。2019年发布的最新的USB4，最高速度可达40Gbps，终端产品于2020年底陆续面市，特别是英特尔酷睿11代产品集成了支持USB4的Thunderbolt 4，被业内视为USB4标准开始普及的标志性事件。

 

 

图：USB标准发展史

 

未来趋势丨USB技术演进瞄准高速、兼容

 

多年来，USB接口标准不断更新升级，得益于强大的兼容性，不同代际共存于市的情况很普遍。刘好朋从USB应用市场采纳角度分析，呈现两种趋势：一个是传统应用中，新标准普及节奏快慢不一；另一个是新兴应用中，新标准起驱动作用。

 

举例而言，游戏、VR/AR等设备对新的USB标准采纳最为保守。虽然需求量很大，但它们更渴盼统一接口，整合所有电源线、控制线、数据线、音视频线等。USB4等新一代USB标准符合以上的需求，更适合这个场景，可支持4K、8K甚至未来的10K视频传输，再加持低延时、可变刷新率等先进特性给用户带来更好的使用体验，将加快该类应用对USB新标准的采纳进程。

 

他还提到应用市场的发展，促使USB接口技术演进呈现以下趋势：持续挑战更高传输速度；不断兼容多种协议等。

 

预计2025年前后，USB接口的传输速度有望达到近80Gbps，继续保持相对Thunderbolt的竞争力。同时， Type-C作为大一统的接口形态，其机械特性和电气特性会有进一步优化设计；而连接线缆可能全部被主动式线缆取代，来适配长度要求。

 

USB也将继续保持对多协议的兼容，包括对不同代际的USB标准，如USB 3.1、USB 3.2和USB4等，以及快充标准USB PD，还有DisplayPort、PCIe、Thunderbolt，未来甚至 HDMI 和 以太网等都有可能将纳入USB接口支持范围，成为名副其实“一统天下”的王者。

 

挑战及应对丨芯耀辉先进USB IP，破解高速接口设计挑战三大难

 

USB市场空间可观，但产品快速落地和迭代，给芯片设计和测试提出了更多挑战：传输速度极高，接口协议极多，快充协议极多，协议升级加快。作为高速接口IP供应商，芯耀辉对此有如下洞察，并基于USB PHY IP多年设计积累和优秀架构提供灵活易用的完整解决方案。

 

挑战一：需要适配各种复杂应用场景。

 

如图，为支持不同的编码，包括8/10bit，128/132bit，还有可选的64/66bit；不同的协议，USB、DP，以及可选的Thunderbolt、PCIe等，以及繁多的传输速率和协议电气特性等。IP设计上需要通盘考虑、逐个优化。

 

图：USB PHY IP设计挑战——适配复杂应用场景

 

挑战二：更加严苛的信道插损预算。

 

USB3.1 Gen1 5Gbps的信道插损根据DFP和UFP不同、接口类型不同，预算不尽相同，连接线缆的要求也不相同。而USB3.1 Gen2 10Gbp，统一了DFP和UFP的预算，和接口类型、线缆无关。但这其实变相提升了对封装、PCB、线缆的设计要求，更是提高了PHY IP的设计难度。因为一颗芯片必须要适配多种不同应用场景，对IP设计、整个芯片系统设计和测试提出了更高的要求。

 

 

 

图：USB PHY IP设计挑战——严苛的信道插损预算

 

挑战三：USB4复杂的发送端和接收端均衡与严格的误码率要求。

 

USB4链路训练采用和PCIe Training类似反馈方法，发送端在发送训练序列的同时，将自身接收端对于对接发送端的FFE请求反馈，在预设值中找到适应的最优均衡值。USB4要支持多达16个预设值的快速遍历。接收端要适应不同频率的周期抖动，每一个周期抖动都要通过PRBS31的低误码率测试，协议要求误码率1e-12，为了尽可能增加系统设计的裕量，通常IP在设计中会把目标误码率降低到1e-13，甚至更低水平。

 

 

图：USB4 PHY IP设计挑战 -- USB4复杂的发送端和接收端均衡与严格的误码率要求

 

 

全文见：https://news.eeworld.com.cn/mndz/ic532563.html 

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如果是单片机这一块的话，USB还是没有串口好用，不过USB也开始慢慢占领串口了。可能是因为速率快，稳定性好，而且接口通用等一些优势因素吧！

serenash

USB传输速率快，接口简单、支持热插拔，2.0的协议还有一些局限性，3.0减去了其繁琐，脱颖而出是自然，但对速度和协议适配最好有更高的要求