USB Type-C连接器解决方案

01 什么是USB4?

各类电子设备，包括电脑、智能手机和游戏主机等，如今普遍采用USB Type-C作为标准连接接口。值得注意的是，虽然USB Type-C标准明确定义了连接器的物理规格(接合面形态)，但在实际应用中，基于该接口的不同技术标准(如USB3.2、USB4和USB-PD等)在数据传输协议、传输速率及供电能力等方面存在显著差异。

最新USB4标准虽然沿用了与早期USB Type-C相同的物理接口形态，但在技术性能上实现了重大突破和全面升级。

*新命名约定：最新的USB版本USB4删除了“USB”和版本号“4”之间的空格。此外，还删除了表示规格细微更新的小数点。相信这些新的命名约定将有助于减少用户混淆。

USB Type-C连接器支持一项重要的可选功能—替代模式(AlternateMode)，使其能够传输USB标准之外的其他协议信号。而USB4标准在这一基础上实现了多项重大革新：

02 从用户角度看发生的变化

1.带宽性能飞跃：

·最大带宽提升至40Gbps，达到USB3.2Gen2x2标准的两倍

·引入创新的动态带宽分配机制，可根据不同信号需求灵活调整

2.革命性的隧道技术：

·通过"协议隧道”(Tunneling)技术，将多种传输标准整合至单一接口

·支持USB3.2、DisplayPort和PCIe等多种协议在同一隧道中传输

·各协议可共享总带宽，实现实时动态分配，突破传统固定带宽限制

3.兼容性优势：

·保持对USB3.2Gen2原生传输的向下兼容

·保留传统替代模式支持

与传统替代模式的对比优势：

·传统替代模式采用专用信号路径，各协议独占固定带宽且无法重新分配。而USB4的隧道技术实现了：

·多协议共享同一传输通道

·40Gbps总带宽的动态智能分配

·USB数据包与非USB信号的高效共传

这些创新使USB4在保持接口物理兼容性的同时，大幅提升了传输效率和灵活性。

隧道概念

一将传统最大带宽增加一倍，并支持不同协议的隧道。(如图所示)

兼容多种协议的隧道

下表显示了含USB端口的设备以及USB传输标准的兼容性规则

03 JAE的USB4认证产品

作为全球互连技术领域的领导者，JAE积极参与USB-IF工作小组的新规范制定工作，致力于推动USB4标准的创新与发展。

以下将详细介绍已通过最新USB4标准认证的插座连接器、线缆以及插头连接器(注：插头连接器本身不参与认证)。这些产品严格遵循USB4规范，确保高性能与可靠性，为用户提供卓越的连接体验。

在详细介绍产品之前，我们首先简要说明USB认证的关键流程和测试要求。

认证过程

USB-IF已经建立了一套认证程序，确认产品是否符合标准。

通过经认证第三方测试机构测试的产品将列在USB-IF网站中的集成商列表中，有权使用各种USB标志。

04 USB4 Version 2.0规格概述

1.80Gbps传输速率(基于PAM3调制技术)

PAM3技术原理：

·通过三电平脉冲幅度调制(高/中/低电压)传输三值信号，相比传统NRZ(二值)编码提升50%数据速率。

·优势：在相同频率下实现1.5倍带宽(80Gbps vs.USB4Gen3的40Gbps)

·挑战：需增强抗噪设计以应对电压容差减小问题

2.物理层兼容性

·支持现有USB4Gen3(40Gbps)Type-C接口及无源电缆(降速兼容)

·新增优化有源电缆实现全速80Gbps传输

3.协议兼容性

·原生支持DisplayPort 2.1与PCI Express 4.0标准

4.USB3.2隧道模式(20Gbps)

·USB4v2.0将隧道带宽从10Gbps翻倍至20Gbps

·注：隧道技术详解参见本文件第3页

5.非对称传输模式(120GbpsTX/40GbpsRX)

·实现方式：重新分配USBType-C引I脚，将RX2转为TX3使用

·发射端：3×40GbpsTX通道=120Gbps

·接收端：保留1×40GbpsRX通道

·典型应用：8K视频编辑等超高带宽下行场景

6.全系列向下兼容

保持对USB4/3.2/3.1/3.0/2.0的完整兼容性

05 USB4认证插座连接器

提供以下两种安装类型选择：

1.板上型与沉板型(均带有USB4TID认证号)

2.型号DX07S024JAA和B024JAA已通过Thunderbolt4标准认证

可选配置包括：

·带法兰/无法兰设计

·多种中心高度规格

·提供机器样板服务

·支持基板定制设计

USB4认证线缆

该产品已通过认证测试，获得了TID编号，会考虑量产。

USB4认证线缆

该零件编号与规格适用于针对USB4线缆优化的插头连接器。插头连接器用于JAEUSB4无源线缆的两端。(通过USB3.2Gen2认证(TID：4025)。*见下文)

插头连接器的端子长度缩短2.35mm，比之前的连接器更小巧，同时具有卓越的电气特性。该产品作为插头连接器，组装在用于USB4插座连接器认证测试的官方测试夹具上(也称为黄金插头)。

06 什么是USB PD EPR?

USB Type-C R2.1和USB PD R3.1于2021年5月25日发布，随着EPR的引入，USBType-C连接器现在可以支持高达240W的功率传输。

下文概要介绍了USB Power Delivery Extended Power Range(USB PD EPR，USB功率传输扩展功率范围)，其优势以及兼容的JAE产品。

首先，什么是USB PD标准?

这些是由USB Implementers Forum(USB-IF，USB开发者论坛)建立的标准。

使用USB Type-C连接器和线缆，不仅使USB BC 1.2(电池充电规范修订版1.2)能够支持7.5W(5V/1.5A)以上电源，线缆和连接器还可用于与主机同步，交换主机和设备角色以及协商非USB协议的传输。(替代模式)

在USB PD规范出现之前，使用USB端口供电时，电压被限制在5V。采用USBPD标准可以扩大电压范围，使更高水平的功率传输成为可能，而采用新的EPR标准后，电压范围将进一步扩大。采用USB PD R3.1(EPR)，最大功率从100W(20V/5A)增加到240W(48V/5A)。

下表列出了USB标准中定义的电源要求：

USB PDE PR概述及优势

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

·除了现有的5V，9V，15V和20V固定电压电平，还可选择三种新的固定电压电平：28V(>100W)，36V(>140W)和48V(>180W)。

·在adjustablevoltage supply(AvS，自适应电压调节)模式下，根据可用电源的不同，电压最小为15V，最大为三个电压(28V、36V或48V)之一。该器件能够以100mV/50mA的增量精确调节理想电压。这可提高充电和热效率。

下表是之前的USB PD 3.0和USB PD 3.1加上EPR后的对比：

下图显示了使用EPR后扩展的功率范围：

主要优势：

·电压更高，可传输更高功率。

·与之前的USBPD规格相比，功率增加100W以上，适用于更广泛的应用。

·通过AVS精确调节至理想电压，提高同步能力和热效率。

07 对USB Type-C标准连接器和线缆的要求

当USB PD标准更新至版本3.1时，USB Type-C标准也更新至版本2.1，主要变化如下：

·对连接器没有额外要求

-USB端口必须带有以下标识

·线缆组件中增加了EPR线缆要求

-EPR线缆必须能够在功能上支持50V和5A运行。

-线缆必须支持53.65V的最低工作电压

-VBUS路径中的电气部件(例如旁路冷凝器)的额定电压必须至少为63V。

-所有EPR线缆必须采用数字化标记，电子标记必须包含EPR特定信息。

-EPR线缆应兼容50V、5A。

-EPR线缆必须采用USB-IF定义的线缆标识，能够通过视觉加以识别。

·不再推荐100W USB Type-C至USB Type-C线缆

-USB-IF建议所有5A线缆兼容240W，并已于2021年12月22日停止对100W线缆的认证。

JAE的USB PD EPR兼容产品

作为互连技术的全球领导者，JAE积极参与到USB-IF工作小组制定新规范的工作中。以下是当前兼容的JAE产品：

插座和插头连接器

所有产品均兼容EPR240W(5A/48V)

线缆

线缆长度为1.0m的USBType-C双头线束已通过USB认证测试，并获得了TID(截至2022年6月底)，会考虑量产。

EPR 240W USB4 Gen3兼容线缆