|
來源：Digi-Key 作者：作者：Jeff Smoot 通用串行總線可謂是當今市場上最廣為人知的互連標準，人們更熟知的卻是其縮寫形式 USB。然而對于大多數(shù)人來說，尤其是非工程領(lǐng)域的人士可能從來不會考慮 USB 的具體含義。簡單地說，“總線”是電子系統(tǒng)中不同組件之間傳輸數(shù)據(jù)或電源的一種方法，而“串行”一詞表明數(shù)據(jù)是通過同一條或幾條線以一次一個比特的方式傳輸?shù)摹？傊琔SB 是一種工程標準，是針對電子系統(tǒng)中連接各種設備的連接器和電纜而制定的“通用”規(guī)范。 作為設備間互連和數(shù)據(jù)通信的一種簡單、方便的方式，USB 自 1996 年首次面市以來，已經(jīng)發(fā)展出了大量的功能。在 20 世紀 90 年代 USB 推出之前，互連方面的數(shù)據(jù)傳輸復雜而緩慢。得益于經(jīng)過 25 年的穩(wěn)定的改進和改變，USB 和 USB Implementers Forum (USB-IF) 創(chuàng)造的互連能力超出預期，USB 的數(shù)據(jù)速度、電源傳輸?shù)榷荚诔掷m(xù)提高。然而，隨著這些持續(xù)的改進，又出現(xiàn)了新的標準、對現(xiàn)有標準的更新以及各種命名規(guī)則。因此，試圖跟上最新的 USB 標準可能是一項既混亂又矛盾的任務。本文旨在介紹 USB 標準的詳細歷史，同時闡明最新的 USB 命名規(guī)則。 USB 之前的互連器件 如上所述，在 USB 出現(xiàn)之前數(shù)據(jù)傳輸緩慢是常態(tài)，傳輸速率范圍通常是從并行傳輸?shù)拿棵?100 kB 到串行傳輸?shù)拿棵?450 kb。計算機制造商不僅使用串行端口和并行端口，而且還有各種專有的插頭、連接器和電纜，這些經(jīng)常需要專門的驅(qū)動程序和卡。此外，熱插拔功能受限，在插入任何設備和重新打開硬件之前，必須先關(guān)閉該硬件。 USB-IF 于 1994 年開始制定 USB 標準，并公布了幾個先行版本（USB 0.8 和 0.9），但未投入商用。1995 年，USB 0.99 在先行標準列表中封頂，又一次未實現(xiàn)商用。 USB 1.0 和 USB 1.1 USB 1.0 標志著 1996 年 USB 標準的第一次重大發(fā)布，其數(shù)據(jù)速率為低速 1.5 Mbps 和全速 12 Mbps。盡管 USB 1.0 帶來了熱插拔和自我配置的便利，但作為首款商用 USB 版本并未得到廣泛采用。 USB 1.1 于兩年后的 1998 年被推出。雖然與 USB 1.0 的數(shù)據(jù)傳輸能力相當，但它也可以適應低帶寬設備，以較慢的速度運行。蘋果公司的 iMac G3 采用了被稱為 全速 的 USB 1.1，并停止使用串行和并行端口，這一動作讓 USB 1.1 聞名業(yè)界。這為此后 USB 標準的普及鋪平了道路。USB 1.0 和 USB 1.1 還規(guī)定了實體 USB 連接器的使用標準，即 A 型和 B 型。 
圖 1：A 型和 B 型 USB 連接器標準。（圖片來源：CUI Devices） USB 2.0 21 世紀初，由于個人電腦及其各種外圍設備的廣泛普及，對更高數(shù)據(jù)傳輸速度的需求日益增加。因此，USB 2.0 在 2000 年 4 月亮相市場。這一標準的數(shù)據(jù)傳輸能力為 480 Mbps，但由于受到總線的限制，度降至 280 Mbps。USB 2.0 采用了高速這一名稱，并兼容以前的標準且傳輸速度為 1.5 Mbps 或 12 Mbps。此時，將 USB 用作電源開已始成為更常見的做法，其電氣標準是 5V 電壓下提供高達 500 mA 的電流。 USB 2.0 還引入了 USB On-the-Go 技術(shù)，它實現(xiàn)了兩個設備間的互動，而不需要單獨的 USB 主機。至此，USB 連接總出現(xiàn)在主機（計算機）和外圍設備（鼠標、鍵盤、音樂設備等）之間。 在實體連接器標準方面，USB 2.0 與 USB Type A、B 和 C 連接器以及 Mini 和 Micro A 和 B 兼容。然而經(jīng)過多年后，Micro A 和 B 以及 Type C 實體連接器分別于 2007 年和 2014 年推出。 USB 3.0 USB 3.0 及以后的版本是 USB 標準經(jīng)歷了多次迭代和命名規(guī)則的改變的結(jié)果。為了避免混淆，在更詳細地闡明最新的命名規(guī)則之前，我們在提到這些標準時采用其最初的發(fā)布名稱。 2008 年發(fā)布的 USB 3.0 支持 5 Gbps 數(shù)據(jù)傳輸速度，但實際達到的速度更接近于 3 Gbps。USB 3.0 被稱為 SuperSpeedUSB，將 USB 2.0 硬件的四條連接線增加到八條，并允許數(shù)據(jù)雙向傳輸，同時向后兼容 USB 2.0。該標準還將電源能力提高到 5 V 900 mA。此外還需注意的是，如 USB 3.0 A 型和 B 型連接器等特定型 USB 3.0 硬件用藍色來表示其兼容性。 隨著 USB 3.2 命名規(guī)則的引入，USB 3.0 現(xiàn)在被稱為 USB 3.2 Gen 1（第 1 代）。 USB 3.1 與 USB 3.0 相同，USB 3.1 是 2013 年發(fā)布的一個臨時標準，它只是將數(shù)據(jù)速率提高了一倍，達到 10 Gbps。該標準的名稱為 SuperSpeed+，并一度采用了兩級命名規(guī)則：USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) 和 USB 3.1 Gen 2。同樣，隨著 USB 3.2 命名規(guī)則的引入，USB 3.1 Gen 2 現(xiàn)被稱為 USB 3.2 Gen 2。 USB 3.2 2017 年 9 月推出的 USB 3.2 標準取代了 USB 3.0 和 3.1 標準的命名規(guī)則，同時增加了第三級數(shù)據(jù)能力，最高可達 20 Gbps。該標準被稱為 USB 3.2 Gen 2x2，它充分利用了 USB Type-C® 連接器的雙通道數(shù)據(jù)傳輸通道，可以在兩個線對的每個方向上都達到 10 Gbps 傳輸速度。我們還經(jīng)常看到 USB 3.2 標準下的兩個低級標準被列為 USB 3.2 Gen 1x1 或 USB 3.2 Gen 2x1，這只是為所使用的數(shù)據(jù)線數(shù)量增加了背景。 為了進一步闡明，USB-IF 已經(jīng)為每個低級標準更新了名稱，其名稱由已熟知的 SuperSpeed USB 名稱后加數(shù)據(jù)傳輸極限速度構(gòu)成。如下表 1 所示，這些替代名稱如下：SuperSpeed USB 5 Gbps、SuperSpeed USB 10 Gbps 和 SuperSpeed USB 20 Gbps。
表 1：已定義的 USB 3.2 命名規(guī)則。（圖片來源：CUI Devices） USB 4.0 基于 Thunderbolt 3 協(xié)議的 USB 4.0 于 2019 年 8 月發(fā)布，數(shù)據(jù)傳輸速度高達 40Gbps 并具有專門的視頻傳輸方法。Power Delivery 3.1 標準還將 USB 的電源能力提高到 240 W。雖然從技術(shù)上講，Power Delivery 標準和 USB 4.0 是分開的，但它們平行發(fā)展且經(jīng)常同時出現(xiàn)。這兩種最新標準只有通過實體 USB Type C 連接器的硬件功能才能得以充分利用。 USB-IF 還完善了 USB 4.0 命名規(guī)則，將其改為 USB4，且分為以下兩級： · USB4 20 Gbps（數(shù)據(jù)速度與其命名相符） · USB4 40 Gbps（數(shù)據(jù)速度與其命名相符） 上文提及的 USB4 以及 USB 3.2 的每一級都有與之相關(guān)的新徽標出現(xiàn)在產(chǎn)品上，希望能消除市場上消費者的任何疑惑。然而，USB 標準的各種名稱還是帶來了一些麻煩，因為人們?nèi)匀唤?jīng)常按照舊的命名方法來稱呼設備。
表 2：目前的 USB 命名規(guī)則及相應徽標（圖片來源：CUI Devices） USB 的未來 希望這篇文章能消除人們關(guān)于 USB 標準的一些困惑，同時簡單介紹 USB 標準不斷改進的能力和功能的快速發(fā)展軌跡。對于這種小型的、具有高性價比的、易于連接智能手機、移動設備，甚至工業(yè)應用外圍設備的產(chǎn)品，我們很容易想當然。僅用于充電目的的、不會傳輸任何數(shù)據(jù)的 USB 連接器（USB Type C 專用于純電源應用），甚至正在成為普遍做法。可以說，USB 在未來會繼續(xù)發(fā)展出新用途、新功能，CUI Device 為工程師們提供了一系列 USB 連接器和各種外形尺寸的 USB 電纜，以滿足多種 USB 標準。 |
