01 什么是USB4?

各類電子設備，包括電腦、智能手機和游戲主機等，如今普遍采用USB Type-C作為標準連接接口。值得注意的是，雖然USB Type-C標準明確定義了連接器的物理規格(接合面形態)，但在實際應用中，基于該接口的不同技術標準(如USB3.2、USB4和USB-PD等)在數據傳輸協議、傳輸速率及供電能力等方面存在顯著差異。

最新USB4標準雖然沿用了與早期USB Type-C相同的物理接口形態，但在技術性能上實現了重大突破和全面升級。

*新命名約定：最新的USB版本USB4刪除了“USB”和版本號“4”之間的空格。此外，還刪除了表示規格細微更新的小數點。相信這些新的命名約定將有助于減少用戶混淆。

USB Type-C連接器支持一項重要的可選功能—替代模式(AlternateMode)，使其能夠傳輸USB標準之外的其他協議信號。而USB4標準在這一基礎上實現了多項重大革新：

02 從用戶角度看發生的變化

1.帶寬性能飛躍：

·最大帶寬提升至40Gbps，達到USB3.2Gen2x2標準的兩倍

·引入創新的動態帶寬分配機制，可根據不同信號需求靈活調整

2.革命性的隧道技術：

·通過"協議隧道”(Tunneling)技術，將多種傳輸標準整合至單一接口

·支持USB3.2、DisplayPort和PCIe等多種協議在同一隧道中傳輸

·各協議可共享總帶寬，實現實時動態分配，突破傳統固定帶寬限制

3.兼容性優勢：

·保持對USB3.2Gen2原生傳輸的向下兼容

·保留傳統替代模式支持

與傳統替代模式的對比優勢：

·傳統替代模式采用專用信號路徑，各協議獨占固定帶寬且無法重新分配。而USB4的隧道技術實現了：

·多協議共享同一傳輸通道

·40Gbps總帶寬的動態智能分配

·USB數據包與非USB信號的高效共傳

這些創新使USB4在保持接口物理兼容性的同時，大幅提升了傳輸效率和靈活性。

隧道概念

一將傳統最大帶寬增加一倍，并支持不同協議的隧道。(如圖所示)

兼容多種協議的隧道

下表顯示了含USB端口的設備以及USB傳輸標準的兼容性規則

03 JAE的USB4認證產品

作為全球互連技術領域的領導者，JAE積極參與USB-IF工作小組的新規范制定工作，致力于推動USB4標準的創新與發展。

以下將詳細介紹已通過最新USB4標準認證的插座連接器、線纜以及插頭連接器(注：插頭連接器本身不參與認證)。這些產品嚴格遵循USB4規范，確保高性能與可靠性，為用戶提供卓越的連接體驗。

在詳細介紹產品之前，我們首先簡要說明USB認證的關鍵流程和測試要求。

認證過程

USB-IF已經建立了一套認證程序，確認產品是否符合標準。

通過經認證第三方測試機構測試的產品將列在USB-IF網站中的集成商列表中，有權使用各種USB標志。

04 USB4 Version 2.0規格概述

1.80Gbps傳輸速率(基于PAM3調制技術)

PAM3技術原理：

·通過三電平脈沖幅度調制(高/中/低電壓)傳輸三值信號，相比傳統NRZ(二值)編碼提升50%數據速率。

·優勢：在相同頻率下實現1.5倍帶寬(80Gbps vs.USB4Gen3的40Gbps)

·挑戰：需增強抗噪設計以應對電壓容差減小問題

2.物理層兼容性

·支持現有USB4Gen3(40Gbps)Type-C接口及無源電纜(降速兼容)

·新增優化有源電纜實現全速80Gbps傳輸

3.協議兼容性

·原生支持DisplayPort 2.1與PCI Express 4.0標準

4.USB3.2隧道模式(20Gbps)

·USB4v2.0將隧道帶寬從10Gbps翻倍至20Gbps

·注：隧道技術詳解參見本文件第3頁

5.非對稱傳輸模式(120GbpsTX/40GbpsRX)

·實現方式：重新分配USBType-C引I腳，將RX2轉為TX3使用

·發射端：3×40GbpsTX通道=120Gbps

·接收端：保留1×40GbpsRX通道

·典型應用：8K視頻編輯等超高帶寬下行場景

6.全系列向下兼容

保持對USB4/3.2/3.1/3.0/2.0的完整兼容性

05 USB4認證插座連接器

提供以下兩種安裝類型選擇：

1.板上型與沉板型(均帶有USB4TID認證號)

2.型號DX07S024JAA和B024JAA已通過Thunderbolt4標準認證

可選配置包括：

·帶法蘭/無法蘭設計

·多種中心高度規格

·提供機器樣板服務

·支持基板定制設計

USB4認證線纜

該產品已通過認證測試，獲得了TID編號，會考慮量產。

USB4認證線纜

該零件編號與規格適用于針對USB4線纜優化的插頭連接器。插頭連接器用于JAEUSB4無源線纜的兩端。(通過USB3.2Gen2認證(TID：4025)。*見下文)

插頭連接器的端子長度縮短2.35mm，比之前的連接器更小巧，同時具有卓越的電氣特性。該產品作為插頭連接器，組裝在用于USB4插座連接器認證測試的官方測試夾具上(也稱為黃金插頭)。

06 什么是USB PD EPR?

USB Type-C R2.1和USB PD R3.1于2021年5月25日發布，隨著EPR的引入，USBType-C連接器現在可以支持高達240W的功率傳輸。

下文概要介紹了USB Power Delivery Extended Power Range(USB PD EPR，USB功率傳輸擴展功率范圍)，其優勢以及兼容的JAE產品。

首先，什么是USB PD標準?

這些是由USB Implementers Forum(USB-IF，USB開發者論壇)建立的標準。

使用USB Type-C連接器和線纜，不僅使USB BC 1.2(電池充電規范修訂版1.2)能夠支持7.5W(5V/1.5A)以上電源，線纜和連接器還可用于與主機同步，交換主機和設備角色以及協商非USB協議的傳輸。(替代模式)

在USB PD規范出現之前，使用USB端口供電時，電壓被限制在5V。采用USBPD標準可以擴大電壓范圍，使更高水平的功率傳輸成為可能，而采用新的EPR標準后，電壓范圍將進一步擴大。采用USB PD R3.1(EPR)，最大功率從100W(20V/5A)增加到240W(48V/5A)。

下表列出了USB標準中定義的電源要求：

USB PDE PR概述及優勢

·EPR模式激活后，功率可從100W(20V/5A)增加至240W(48V/5A)。

·除了現有的5V，9V，15V和20V固定電壓電平，還可選擇三種新的固定電壓電平：28V(>100W)，36V(>140W)和48V(>180W)。

·在adjustablevoltage supply(AvS，自適應電壓調節)模式下，根據可用電源的不同，電壓最小為15V，最大為三個電壓(28V、36V或48V)之一。該器件能夠以100mV/50mA的增量精確調節理想電壓。這可提高充電和熱效率。

下表是之前的USB PD 3.0和USB PD 3.1加上EPR后的對比：

下圖顯示了使用EPR后擴展的功率范圍：

主要優勢：

·電壓更高，可傳輸更高功率。

·與之前的USBPD規格相比，功率增加100W以上，適用于更廣泛的應用。

·通過AVS精確調節至理想電壓，提高同步能力和熱效率。

07 對USB Type-C標準連接器和線纜的要求

當USB PD標準更新至版本3.1時，USB Type-C標準也更新至版本2.1，主要變化如下：

·對連接器沒有額外要求

-USB端口必須帶有以下標識

·線纜組件中增加了EPR線纜要求

-EPR線纜必須能夠在功能上支持50V和5A運行。

-線纜必須支持53.65V的最低工作電壓

-VBUS路徑中的電氣部件(例如旁路冷凝器)的額定電壓必須至少為63V。

-所有EPR線纜必須采用數字化標記，電子標記必須包含EPR特定信息。

-EPR線纜應兼容50V、5A。

-EPR線纜必須采用USB-IF定義的線纜標識，能夠通過視覺加以識別。

·不再推薦100W USB Type-C至USB Type-C線纜

-USB-IF建議所有5A線纜兼容240W，并已于2021年12月22日停止對100W線纜的認證。

JAE的USB PD EPR兼容產品

作為互連技術的全球領導者，JAE積極參與到USB-IF工作小組制定新規范的工作中。以下是當前兼容的JAE產品：

插座和插頭連接器

所有產品均兼容EPR240W(5A/48V)

線纜

線纜長度為1.0m的USBType-C雙頭線束已通過USB認證測試，并獲得了TID(截至2022年6月底)，會考慮量產。

EPR 240W USB4 Gen3兼容線纜