usb3

USB3.0相关技术规范

1：USB3.0标准技术规范于2008年11月12日正式发行，版本为1.0，起草单

位主要有惠普、因特尔、微软、NEC、ST-NXP半导体、德州仪器等公司。

2：USB3.0架构综述，SuperspeedUSB与USB2.0对比：

特性SuperspeedUSBUSB2.0

数据速率Superspeed(5.0Gb/s)

Low-speed(1.5Mb/s),full-speed(12Mb/s),

andhigh-speed(480Mb/s)

数据界面

双向-单一，四线差动信号从USB2.0信

号分离单工传输，整体成全双工传输。

半双工双线差动信号单向数据传输（越过定

向总线转移）。

Cable信号计算

6根:Superspeed数据路径4根；

Non-Superspeed数据路径2根。

2根:low-speed/full-speed/high-speed

数据路径。

总线传输协议

由主机指向，异步通信流向压缩包通信

是被明确程序规定的。

由主机指向，polled通信流向压缩包通信

被传送到所有的驱动设备里。

负载管控

多级别链接负载管控支持空转，睡眠及

延缓状态；链接-，驱动设备-，功能级

别级别负载管控。

端口级别随着输入/输出两种级别潜在而延

缓；驱动设备-级别负载管控。

总线负载

与USB2.0相同，无限制负载提升50%，

而限制负载提升80%。

为低速/高速总线-负载驱动设备和低负载

限制(无限制和延缓型驱动设备)提供支持。

端口状况

端口硬件探测连接活动且带动端口进入

工作状态做准备(为超速数据交换)。

端口硬件探测连接活动,系统软件利用端口

命令跃迁使端口进入激活状态。

数据传输类型USB2.0类型高速压缩，四种数据传输类型：控制，Bulk,中断，同步

3：USB3.0具备以下主要优势：

①支持5Gb/s的传输速率；

②向上全面兼容USB2.0；

③连接器形式变异因素降到最小；

④为电磁干扰（EMI）提供保护；

⑤支持OTG（On-The-Go）；

⑥成本低。

4：USB3.0分为以下几类：

①USB3.0Standard-Aplugandreceptacle；

②USB3.0Standard-Bplugandreceptacle；

③USB3.0Powered-Bplugandreceptacle；

④USB3.0Micro-Bplugandreceptacle；

⑤USB3.0Micro-Aplug；

⑥USB3.0Micro-ABreceptacle；

备注：①Standard:标准，Powered:装有负载的;

②Plug:插头，公头

，Receptacle:插座，母头。

5：插头(Plug)配合插座(Receptacle)选择：

插座(Receptacle)配合插头(PlugsAccepted)

USB2.0Standard-AUSB2.0Standard-AorUSB3.0Standard-A

USB3.0Standard-AUSB3.0Standard-AorUSB2.0Standard-A

USB2.0Standard-BUSB2.0Standard-B

USB3.0Standard-BUSB3.0Standard-BorUSB2.0Standard-B

USB3.0Powered-B

USB3.0Powered-B,USB3.0Standard-B,or

USB2.0Standard-B

USB2.0Micro-BUSB2.0Micro-B

USB3.0Micro-BUSB3.0Micro-BorUSB2.0Micro-B

USB2.0Micro-ABUSB2.0Micro-BorUSB2.0Micro-A

USB3.0Micro-AB

USB3.0Micro-B,USB3.0Micro-A

USB2.0Micro-BorUSB2.0Micro-A

6：USB3.0Standard-A连接器：

6-1界面定义

①除了USB2.0所需要的VBUS,D-,D+,andGND四个插脚外，USB3.0Standard-A

连接器包括五个插脚:两组双微分导线，加上一组屏蔽线（GND_DRAIN）。两组新

增的双微分导线用于超速数据传输，支持二重的单一超速信号；新增的

GND_DRAIN插脚作为屏蔽线终端，用于处理信号中断和电子干扰。

②接触区域的五个超速插脚被设置朝向插座的前方，然而其它四个USB2.0插

脚朝向插座的后方。即USB3.0Standard-A连接器拥有一个双重接触系统。

③除了连接器阻抗中断要降到最小之外，通过超速导线和USB2.0D+/D-上的

色度亮度干扰也要求降到最小。

6-2插脚分配及描述

USB3.0Standard-A连接器被定义为主机连接器，支持超速模块。它具有和

USB2.0Standard-A连接器插合界面，但是新增了插脚。(参照5.3.1.2)

USB3.0Standard-A连接器插脚分配

PinNo.信号名称描述插合顺序

1VBUSPowerSecond

2D-

3D+

USB2.0differentialpairThird

4GNDGroundforpowerreturnSecond

5StdA_SSRX-

6StdA_SSRX+

Superspeedreceiver

differentialpair

7GND_DRAINGroundforsignalreturn

8StdA_SSTX-

9StdA_SSTX+

SuperSpeedtransmitter

Differentialpair

Last

ShellShieldConnectormetalshellFirst

备注：①differential:微分的，微分；

②transmit:传输，传送，发射。

6-3胶芯颜色

一种独特的颜色代号被推荐给USB3.0Standard-A连接器胶芯采用来帮助用户

来区别USB2.0Standard-A连接器（如下图1）

图1插座和插头胶芯颜色

颜色：蓝色（Pantone300C）

6-4USB3.0Standard-A插座(Receptacle)图面:（如下图2）

接下页

图2USB3.0Standard-A插座

6-5USB3.0Standard-A插头(Plug)图面:（如下图3）

接下页

图3USB3.0Standard-A插头

6-6USB3.0Standard-A插座PCB焊脚（单排）图面:（如下图4）

图4USB3.0Standard-A插座PCB焊脚(单排）布置

6-7USB3.0Standard-A插座PCB焊脚（双排）图面:（如下图5）

图5USB3.0Standard-A插座PCB焊脚(双排）布置

7：USB3.0Standard-B连接器：

7-1USB3.0Standard-B插座(Receptacle)图面:（如下图6）

接下页

图6USB3.0Standard-B插座

7-2USB3.0Standard-B连接器插座PCB焊脚图面:（如下图7）

图7USB3.0Standard-B插座PCB焊脚布置

7-3USB3.0Standard-B插头(Plug)图面:（如下图8）

图8USB3.0Standard-B插头

7-4插脚分配及描述

USB3.0Standard-B连接器插脚分配

PinNo.信号名称描述插合顺序

1VBUSPowerSecond

2D-

3D+

USB2.0differentialpair

Thirdor

beyond

4GNDGroundforpowerreturnSecond

5StdB_SSTX-

6StdB_SSTX+

Superspeedtransmitter

differentialpair

7GND_DRAINGroundforsignalreturn

8StdB_SSRX-

9StdB_SSRX+

SuperSpeedreceiver

Differentialpair

Thirdor

beyond

ShellShieldConnectormetalshellFirst

备注：①differential:微分的，微分；

②transmit:传输，传送，发射。

8：USB3.0Powered-B连接器：

8-1USB3.0Powered-B插座(Receptacle)图面:（如下图9）

接下页

图9USB3.0Powered-B插座

8-2USB3.0Powered-B插座PCB焊脚图面:（如下图10）

图10USB3.0Powered-B插座PCB焊脚布置

8-3USB3.0Powered-B插头(Plug)图面:（如下图11）

图11USB3.0Powered-B插头

8-4插脚分配及描述

USB3.0Powered-B连接器插脚分配

PinNo.信号名称描述插合顺序

1VBUSPowerSecond

2D-

3D+

USB2.0differentialpair

Thirdor

beyond

4GNDGroundforpowerreturnSecond

5StdB_SSTX-

6StdB_SSTX+

Superspeedtransmitter

differentialpair

7GND_DRAINGroundforsignalreturn

8StdB_SSRX-

9StdB_SSRX+

SuperSpeedreceiver

Differentialpair

10DPWRPowerprovidedbydivice

11DGNDGroundReturnforDPWR

Thirdor

beyond

ShellShieldConnectormetalshellFirst

9：USB3.0Micro连接器家族：

9-1家族产品种类：

①USB3.0Micro-Aplug；

②USB3.0Micro-Bplugandreceptacle；

③USB3.0Micro-ABreceptacle；

9-2USB3.0Micro-BandMicro-AB插座(Receptacle)图面:（如下图12）

接下页

图12USB3.0Micro-Band-AB插座

9-3USB3.0Micro-BandMicro-A插头(Plug)图面:（如下图13,14,15）

图13USB3.0Micro-B插头

图14USB3.0Micro-A插头

图15USB3.0Micro系列插头引脚

9-4USB3.0Micro-B插座(Receptacle)焊脚PCB布置图面:（如下图16）

图16USB3.0Micro-B插座PCB焊脚布置

9-5USB3.0Micro-AB插座(Receptacle)焊脚PCB布置图面:（如下图17）

图17USB3.0Micro-AB插座PCB焊脚布置

9-6家族产品特性：

①USB3.0Micro-B型连接器被认为是USB2.0Micro-B型界面和USB3.0超

速接口的一种结合，USB3.0Micro-B型插座

配合USB2.0Micro-B型插头，

维持向上兼容；

②USB3.0Micro-B型连接器和USB2.0Micro-B型连接器维持相同连接器高

度和接触Pitch；

③USB3.0Micro-B型连接器和USB2.0Micro-B型连接器一样使用闭锁设计；

④USB3.0Micro-AB型插座和USB3.0Micro-B型插座相同除了在连接器外

壳轮廓了有一个按键差异；

⑤USB3.0Micro-A型插头和USB3.0Micro-B型插头相同，按键和IDpin连

结不同；（参照5.3.4.2）

⑥USB3.0Micro连接器家族没有需要覆盖区域。

9-7插脚分配及描述

①USB3.0Micro-B型连接器Pin脚分配及描述(参照5.3.4.2表5-5)；

②USB3.0Micro-AB/-A型连接器Pin脚分配及描述(参照5.3.4.2表5-6)。

10：线材架构和线芯分配：

10-1线材架构：

USB3.0连接器线材包含以下三类线芯：UTP信号线，屏蔽微分线芯(SDP,扭

曲或双股信号线芯)。电源线和地线。（如下图18）

①UTP线芯用来传输USB2.0信号；

②SDPs线芯则被用于超速，超速微分线芯需要屏蔽来保证信号完整和防止电

子干扰，每个SDP要系上一根排扰线（adrainwire）,最后连结系统地线通过

连接器里面的GND_DRAINpin(s)。

③在USB3.0线材里，所以线芯被要求放入一个金属封套里。封套和插头金

属外壳连接，尽可能接近360°，来防止电子干扰。

图18USB3.0Cable架构

10-2线芯分配：

WireNo.信号名称描述颜色

1PWRPower红色

2UTP_D-Unshieldedtwistpair,negative白色

3UTP_D+Unshieldedtwistpair,positive绿色

4GND_PWRrtGroundforpowerreturn黑色

5SDP1-Shieldeddifferentialpail1,negative蓝色

6SDP1+Shieldeddifferentialpail1,positive黄色

7SDP1_DrainDrainwireforSDP1/

8SDP2-Shieldeddifferentialpail2,negative紫色

9SDP2+Shieldeddifferentialpail2,positive橙色

10SDP2_DrainDrainwireforSDP2/

BraidShieldCableexternalbraidtobe360°

Terminatedontoplugmetalshell

/

10-3线芯规格：

WireNo.信号名称WireGauge(AWG#)

1PWR20-28

2UTP_D-28-34

3UTP_D+28-34

4GND_PWRrt20-28

5SDP1-26-34

6SDP1+26-34

7SDP1_Drain28-34

8SDP2-26-34

9SDP2+26-34

10SDP2_Drain28-34

10-4Cable直径：

一个典型的USB3.0Cable外径范围为3-6mm。

11：USB3.0Cable装配:

①Standard-APlugtoStandard-BPlug(参照5.5.1)

②Standard-APlugtoStandard-APlug(参照5.5.2)

③Standard-APlugtoMicro-BPlug(参照5.5.3)

④Micro-APlugtoMicro-BPlug(参照5.5.4)

⑤Micro-APlugtoStandard-BPlug(参照5.5.5)

12：USB3.0连接器图标:

USB3.0连接器图标便于用户识别，标识在插头的两端。（如下图8）

图19USB3.0图标

13：USB3.0电气性能:

13-1SuperSpeed电气要求：

13-1-1原始线材：

①阻抗特征：SDP线芯：90Ω±7Ω，用TDR进行测量{在一微分模块里使用200

ps(10%-90%)的上升时间}；

②内部线芯歪斜：15ps/mMax,用TDT进行测量{在一微分模块里使用200

ps(10%-90%)的上升时间和50%的交叉输入电压}；

③微分嵌入损耗：线材损耗主要取决于线芯规格和电气材料，SDP微分嵌入损

耗见下表所述：

频率34AWG30AWG28AWG26AWG

0.625GHz2.7dB/m1.3dB/m1.0dB/m0.9dB/m

1.25GHz3.3dB/m1.9dB/m1.5dB/m1.3dB/m

2.50GHz4.4dB/m3.0dB/m2.5dB/m1.9dB/m

5.00GHz6.7dB/m4.6dB/m3.6dB/m3.1dB/m

7.50GHz9.0dB/m5.9dB/m4.7dB/m4.2dB/m

13-1-2配对连接器：

配对连接器阻抗要求是为了维持信号的完整性，微分阻抗为90Ω±15Ω；一个

微分TDR经历50ps(20%-80%)的上升时间。

13-1-3配对Cable装配：

参照5.6.1.3执行

13-2DC电气要求：

13-2-1低级别接触电阻(EIA364-23B)：

①VBUS和GND的初始接触电阻:30mΩMax;

②其他所有初始接触电阻:50mΩMax;

③环境压力后最大改变为+10mΩ；

④测量条件：20mV(Max)开路，100mA。

13-2-2绝缘强度(EIA364-20)：100VAC(RMS);

13-2-3绝缘电阻(EIA364-21)：100MΩMin;

13-2-4额定电流(EIA364-70)：

①VBUS插脚和GND插脚(USB3.0Standard-AandStandard-B/Powered-B

连接器系列中的1#Pin脚和4#Pin脚，USB3.0Micro连接器家族中的1#Pin

脚和5#Pin脚)：1.8A

②其他所有Pin脚：0.25A；当电流加载到Pin脚时，USB3.0连接器上任何点

的温度变异不能超越+30℃（环境温度为25℃的情况下进行测量）；

③DPWR插脚和DGND插脚(USB3.0Powered-B连接器中的10#Pin脚和11#Pin

脚)：2.0A

14：USB3.0机械性能和环境要求:

14-1机械方面要求：

①插入力(EIA364-13)：35Nmax(12.5mm/min);

②脱拔力(EIA364-13)：10Nmin(12.5mm/min),耐久力测试后:8Nmin;

③耐久力或插入/拔出次数（见下表所示）：

连接器类型标准测试等级高规格测试等级

Standard-A1500次Min5000次Min

Standard-B1500次Min5000次Min

Powered-B1500次Min5000次Min

Micro系列10000次Min

④剥落强度（仅对Micro系列连接器）：当插座焊接端子从PCB板上垂直方向拔

出时（150N拉力Min）不可有明显损坏；

⑤4轴连续测试（仅对Micro系列连接器）：（如下图20）

USB3.0Micro-Bor–AB插座应当被装在一个厚度在0.8到1.0mm的PCB板

上，PCB板被插座的每一边夹持住（距离焊接端子不可超过5mm）,最初放置在

一个水平平面上，8N的拉力加载到Cable上（垂直向下，轴向插入），10sMin;

PCB板然后被旋转90°、180°、270°，用上述同样方法进行测试，通过测

试的零件不能有任何超过1μs的中断（在以上四个任何方向）；

另外一种连续测试的方法通过接触端子使得Cable末端的所有线芯短路，加

载一个电压通过正偏到VBUS、D+、D-、ID、超速Pin脚，GNDPin脚接地。

测试插座和插头选择如下：

1：USB3.0Micro插座(Receptacle)+USBMicro3.0插头(Plug);

2：USB3.0Micro插座(Receptacle)+USBMicro2.0插头(Plug);

图204轴连续测试

⑥扭曲强度（仅对Micro系列连接器）：

垂直压力加载到插头(Plug)上(从插座边缘插入15mm)，测试状况和方法使用

于所有零件，这些压力加载到四个所有方向（左，右，上，下），配对连接器应

符合以下压力极限：

1：压力为0-25N时，插头(Plug)和插座(Receptacle)不可有损坏;

2：压力为25-50N时，插头(Plug)可能损坏，插座(Receptacle)不可损坏。

⑦铅皮共有平面：0.08mm;

⑧可焊性：255℃±5℃，5s,浸锡面积：95%Min;

14-2环境方面要求：

①温度寿命测试：105℃，120hours;

②混合流动气体测试周期：7days;

14-3材质：

①外壳:黄铜或不锈钢，

②端子:磷铜，

Under-plating:2.0μmNi;

接触区域：（Min）0.05μmAu+（Min）0.75μmNi-Pd;

焊接区域：（Min）0.05μmAu。

③胶芯:能承受无铅焊接温度的可塑性塑料

15：配对连接器装配尺寸规格:（如下图21，21，23）

图21标准A型连接器

图22标准B型连接器

图23MicroB型连接器