USB 接口详解

摘自：https://www.cnblogs.com/MinPage/p/14266892.html

USB 作为一种接口技术，并不单指某种硬件接口，实际上它更是一种通信协议

USB 是英文 Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在 PC 领域的接口技术。

作为一种新兴的并逐渐取代其他接口标准的数据通信方式，USB 由 Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC 及 Northern Telecom 等计算机公司和通信公司于 1995 年联合制定，并逐渐形成了行业标准。

USB 总线是一种高速串行总线，其极高的传输速度可以满足高速数据传输的应用环境要求，且该总线还兼有供电简单（可总线供电）、安装配置便捷（支持即插即用和热插拔）、 扩展端口简易（通过集线器最多可扩展 127 个外设）、传输方式多样化（4 种传输模式），以及兼容良好（产品升级后向下兼容）等优点。

USB 传输标准

我们常说的 USB 2.0，USB 3.0，USB 3.1，其实就是 USB 的传输标准。不同的传输标准对应了不同的数据传输速度。显而易见，USB 后面的那个数字越大，传输速度就越快。

• USB 1.0 标准, 传输速度支持低速 1.5 Mbps 与全速 12 Mbps。
• 之后的 USB 2.0，速度则达到了 480 Mbps。
• 而 USB 3.0 的传输标准，最高速度比 USB 2.0 快了 10 倍多，达到了 5Gbps。
• 再往后，USB 3.1 标准的传输速度又是 3.0 的 2 倍，有 10Gbps。
  • 并且，由于 USB 3.0 出现时间较晚，并且很快就出现了 USB 3.1 。
  • 所以 USB 3.0 也被称作 USB 3.1 Gen 1（Generate），USB 3.1 也被称作 USB 3.1 Gen 2 。
• 2017 年发布的 USB3.2，理论带宽可以达到 20Gbps
• 而 2019 年 9 月发布的最新一代 USB 4.0 标准，则支持 20Gbps 与 40Gbps。

根据传输速度的不同，USB 2.0 还叫 USB High—Speed ，简称 HS ；USB 3.0 叫 USB Super—Speed ，简称 SS ；USB 3.1 叫 USB Super—Speed Plus，简称 SS+。在有的 USB 线材上，这个信息厂商会标示出来：

USB 充电标准

我们所说的 USB PD ，就是 USB 的充电标准，PD 是 Power Delivery （能量输送）的缩写。

2012 年 7 月，USB 启动器集团宣布完成 USB 电源交付（PD）规范，该扩展指定使用经认证的 PD 感应式 USB 电缆与标准 USB A 型和 USB B 型连接器，以提供更高的功率（超过 7.5 W）到具有较大功率需求的设备。

说白了，这个 USB PD 就是官方快速充电标准。对于安卓平台，各种快充技术百花齐放，前有高通的 Quick-Charge 技术，后有国内某厂商 “充电五分钟，通话两小时” 的 VOOC 闪充技术。苹果现在则使用雷电技术的 Type-C 接口来实现给自家设备充电的功能。

这对消费者来说其实是不利的，因为这种实现快充要使用厂商提供的特殊线材。正是这个原因，业界巨头 Google 在前一阵也向各大安卓厂商提出了强烈建议，希望大家都能采用 USB 启动器集团官方的 PD 充电标准。

USB 接口

接下来，就是我们最熟悉的 ABC 接口了。

从图中我们可以看到，USB 的接口形态按照大类分为 Type A、B 和 C，也简称 USB A、B 和 C 。

对于 USB A 和 USB B 来说，它们还有两种不同规格的接口形态，分别对应：USB Mini-A（B）和 USB Micro-A（B）。其中，USB Micro-B 比较特殊，它有两种接口形态。这将在下面的 USB 传输标准中讲到。

顾名思义，对于 Mini 和 Micro，从视觉上来看，后者比前者要更小。而正是它们的这种尺寸决定了它们主要用在一些移动终端设备的数据传输和充电上。

我们都知道，对于一条 USB 线，它一般由两端接口组成。所以对于任意一条 USB 线，我们还可以把它叫做 USB X to X 线（这里的 X 根据具体的线材而决定）。

Type A

Type A 就是我们最常见的大口，是目前应用面最广的接口类型，特别是在电脑及电脑的周边产品上最为常见，无论是鼠标、键盘、U 盘，都用的这个接口。Type A 广泛地支持从 1.0 到 3.1 的所有标准。因为它的普遍性，很多人会把 Type A 接口默认为 USB 接口。目前主流的 Type A 接口已采用 USB 3.0 标准，理论速度可达到 4Gbp/s，还有部分新主机的主板采用 USB 3.1 甚至 USB 3.2 标准，传输速度可达到 10Gbp/s 甚至 20Gbp/s，简直快到起飞。

Type B

Type B 接口形状上与 A 型有着明显的差异，常用于打印机、投影仪等大型设备上，电脑上不常见上。可以看到，引脚数目是相同的，仅仅是外形上的不同。这是设计者有意为之的，防止使用者连接到错误的设备上，导致短路。

Type B 与 Micro-B 均支持 2.0 与 3.0 标准，且 3.0 版本都是在 2.0 版本上粗暴地加装几个针脚，而 Micro-A 类接口已被淘汰。

Micro B

Type B 虽然应用场景很少，但是其分支之一，Micro-B 却是在 Type C 到来之前统治着大多数移动设备的接口标准。至今仍有很多采用 Micro-B 的设备服役，包括极个别新品手机。Micro-B 在移动设备特别是安卓手机上使用，所以也会被叫做安卓接口。

从前面的接口汇总图上，我们可以发现 Micro-B 有两种接口形态，它们分别对应着 USB 2.0 和 USB 3.0 的传输标准。由于在 USB 传输信息的过程中，由于传输速度的提升，接口电压提高，原来在 2.0 标准下的 Micro-B 形态已经不能满足 3.0 标准对电压的要求，所以 USB Micro-B 在 3.0 标准下进行了重新设计：3.0 的接口基于 2.0，且接口更宽。2.0 版本的线材可以插在 3.0 的接口上使用，不过数据传输速率也会相应地降为 2.0 的速度。

接口较窄的 Micro-B 2.0 是 USB 2.0 速度，常见于 2014 年及以前的大部分安卓和 WP 手机，以及目前极个别品牌的手机中。目前好多蓝牙耳机和充电宝等外设依旧有使用，在移动个别领域与 Type-C 可以说是互占半壁江山。而接口较宽的 Micro-B 3.0 在手机只存在了很短的时间就消失了，三星 S5、三星 Note3 是手机里少有的搭载 Micro-B 3.0 接口的智能手机。目前在 USB 3.0 的移动硬盘中广泛采用。由于该接口过于扁长，多次插拔后故障率较高，预计未来会全面被 Type C 接口取代。

Type C

Type C 是新一代的接口，没有正反面之分，可以支持更快的数据传输速度，更大的电力传输能量。一条线可以支持更多的设备，之前纷杂的接口类型，在不久的将来必将被 Type C 一统天下。

Type C 支持 2.0、3.0、3.1 多种传输标准，也就是说你手里的 Type C 数据线也有可能只支持低速度的 2.0 传输标准。

目前绝大多数手机的充电/数据接口，有些还同时是手机的耳机接口以及视频输出接口，同时也是 2015 款 12 英寸 Macbook 后苹果全系新笔记本的主要接口。

苹果的雷电 3 也是用的 Type C 接口，但它用的协议是在 3.1 之上苹果与因特尔单独开发的，所以雷电 3 线材支持 3.1，但 3.1 线材不一定支持雷电 3

相比 AB，Type C 有着以下优点：

1. 外观方面，Type C 支持正反插，无论是如何插入接口中都不会插错。相比于同样细长的 Micro-B 系列接口，接口更简单，降低了故障率。同时，Type C 没有 Mini/Micro 之分，所有的接口造型都是统一的，通用性很强。并且，从 Micro-B 的 2.0 和 3.0 两种接口我们可以看出，传统 USB 接口在不同带宽和定义下，由于针脚需要，会呈现不同的外在形态。而 Type C 型接口则无论 USB 2.0 还是 3.0（3.1Gen1)、3.1Gen2、甚至 3.2，雷电 3 和 4，整个接口形状都不会改变。
2. Type C 往往支持 PD 快充，充电更快。
3. Type C 兼容性好，本身拥有更多的引口，与 DP、HDMI 线可以实现 4K 超高清视频传输，不用扩展坞也能完成投屏。

总结一句话：Type C 体积小，通用强，还可以正插反插都不纠结。所以仅作为接口来看，Type C 接口的意义就在于更好的使用体验 。

USB 3.2 Gen 2x2 和 USB 4 只采用 Typc C 型接口！

USB 3.2 标准将全面采用 USB-C 接口而放弃其他形式存在。从传输速度角度来看，Type C 只是设计上允许更高的带宽加入，并不代表所有 Type C 设备一定是高速的。但在未来更高带宽的 USB 及其他传输标准中，Type C 接口将成为主要的承载方式。

DP Altmode（显示输出）

DP Altmode，也就是我们常说的 Type C 视频输出功能，是基于 Type C 接口内原有的 USB 总线又加入了一条 DisplayPort 视频总线。也就是说 Type C 接口的视频输出功能是 USB + DP 而不是传统的 USB Display Link 技术。无论是支持 DP1.2 还是 1.4，其带宽都足以支持外接 4K@60Hz 显示器使用。

注：USB DisplayLink 是基于 USB 总线的带宽、在外置的转换芯片上转换，实现利用 USB 总线就可以传输视频的功能，由于 USB 3.0 带宽的局限性，最高仅能传输 4K@30Hz 的画面，而即使使用其进行 1080P 输出，也不能保证绝对流畅

而即使是简单的带视频输出的 Type C 口，其实际应用时，也比 DP/HDMI 接口更为强大。目前显示器，很多都带有 USB 接口，有些还带有触屏功能。针对这类显示器，通常需要一根 USB Type B 线，负责传输 USB/触控信号；而另一条线 HDMI/DP/VGA，用来传输图像。而利用 Type C 的显示输出，则可以直接合二为一

PD（对内/对外充电）

早在 Type C 接口问世前，多数 USB 设备就已经具备这项功能。即使是目前不包含视频、充电功能，而仅具备 USB 3.0 数据传输功能的普通 Type C 接口也可以按照 5V/0.9A 输出标准供电。许多电脑的 “关机充电功能” 就是基于这项特性，再在电源管理芯片添加其他功能，从而保证关机后电池依然可向指定 USB 口进行供电并输出。甚至于手机上连 USB3.0 都不支持的普通 Type C 接口，只要支持 OTG 功能，那么就可以输出电流为其他设备供电。

而目前在 Type-C 接口上独有的所谓 “PD 充电”，则是指通过 Type C 接口的充电器对笔记本进行充电。这个方案是基于 USB-IF（你可以理解为 USB 界的 ISO 国标组织）发布的 USB PD3.0 快充标准实现的。借助 Type C 接口的结构优势，其线缆和接口在所有设备条件满足的前提下，可以承载最高 100W 的电力传输。

全功能 Type C

当我们把 DP 显示输出功能和 PD 充电功能进行整合后，就变成全功能 Type C 接口。即该 USB Type C 接口整合了数据传输 + DP 显示输出 + PD 充电输入三大功能，这样的 Type C 接口既可以使用 PD 协议的 Type C 充电器为笔记本充电，也可以采用 USB C to C 双头线连接 Type C 接口的显示器，同时它还可以传输数据。

DP Altmode 以及 PD 对笔记本充电这两项功能，堪称 Type C 口所带来的一次外设革命。

以及 PD 对笔记本充电这两项功能，堪称 Type C 口所带来的一次外设革命。

雷电 (Thunderbolt) 3 与外接显卡

简单概括雷电 3 就是：成本略高、速度极快、能接显卡、也是 C 口。

雷电 1/2（Mini DP）

2011 年，Intel 正式发布了宣传已久的 Light Peak 技术，并定名为“Thunderbolt”（雷电）。初代雷电 1 的接口形状与笔记本常见的 mini DP 视频接口是一样的，也确实是 PCIe + DP + USB 的结合体。雷电 1 的接口带宽达到了双向各 10Gbps，相当于目前 USB 3.1 Gen2 的带宽。可在当时 USB 2.0 接口铺天盖地的情况下，1GB/S 速度就是“嗖嗖嗖”的概念了。

随后的雷电 2，依旧采用 miniDP 状接口，只不过将双向带宽提升至 20Gbps，两倍于上代雷电的速度。基本达到 DP1.2 的水准。雷电 2 在笔记本上仍旧是 Macbook 独占的状态。从理论上看，这一代基本可以尝试外接显卡使用，至少 GTX660 只要在 PCIe 3.0 1X 以上的带宽下运行就没有较大折损。而这个水平相当于比笔记本的 GTX960M 还高。而在雷电 2 所处的时代还没有帕斯卡这样的神级架构出现，所以外接一个 GTX960/970 后即使有折损，相比多数笔记本显卡来说也是天翻地覆。

雷电三（Type C）

而雷电 3 延续了雷电接口 “换代即速度翻番” 的光荣传统，达到了双向带宽 40Gbps，这个水平已经距离桌面平台显卡的标准带宽 64Gbps（PCIe 8X）更进一步。最为重要的是雷电 3 的接口采用了 Type C 的形状，并且终于开始较多的出现在 Windows 平台笔记本上，不再被苹果独占，从而极大地增强了其可用性。雷电 3 接口融合了 4 条 PCIe 3.0 总线、USB 3.1 Gen2 以及 DP1.2/1.4 视频输出，还有最高可达 100W 的 PD 供电，堪称目前最强悍的接口！

雷电 3 几乎可以说是目前的大一统接口，在 Type C 物理接口的前提下，集合了外置显卡、高速数据传输、视频信号传输、超大功率电力传输。高达 40Gbps 的带宽一骑绝尘，甩开 USB 好几条大街。从常用功能上，包括以更低的带宽和性能折损实现外接桌面平台显卡、连接移动 PCIe NVMe 存储设备实现高达 3200M/S 的数据传输、多 4K 或单 5K 超高分辨率显示器，至于刚才提到的各类 USB 特性，更是全面兼容。

半速雷电 3

其实，关于雷电 3，有一行字好多人没有注意，核心意思是：雷电3可以定义为PCIe 2X或者4X，也就是存在带宽在 20Gbps 的所谓“半速雷电 3”。这其中最广为人知的就是戴尔的 XPS13 之前的版本，代号 9360。该产品全系采用了 X2 速度的雷电 3 接口，让这一代 XPS13 空有变态级的 CPU 性能释放但不能以更高带宽运行外置显卡。这令许多发烧友扼腕，不过你要是真想接，不是不可以。

其实这种看似缩水的“半速雷电 3”在雷电设备里并不在少数，但是常见于低电压处理器 + 独立显卡的机型上。其主要原因是独立显卡加入后占据了部分PCIe，导致剩余的原生PCIe通道数不足4条，因此只能采用半速的雷电 3 接口。

半速雷电 3，其主要影响除了外接显卡时最高只能在 PCIe 2X 带宽下运行外，主要集中在一些基于雷电满速版的超强带宽而支持的特性上。比如在外接 PCIe 4X 带宽的固态硬盘时无法以最高读写速度运行；基于 40Gbps 带宽支持的外接单个 5K 显示器的功能告吹；在外接雷电接口显示器时，分配给显示器上的其他接口的带宽会有所削弱。

Type C 的混乱

Type C 的功能强大且全面，但至今没有统一的标识和明确的划分，这就导致了一个问题——类型多而混乱。从上图也可看出，外型是 Type C，名称是 Type C，能力却可以天差地别。你的 Type C 接口不一定是“那个”Type C 接口，买 Type C 相关产品时一定要擦亮眼睛，看清楚配置说明。

其实不光是 Type C，USB 标准发展至今，命名也好，标识也好，有时候厂商为了所谓的营销手段，也会故意混淆概念，让消费者很难分清自己买的产品能力究竟如何。下图是官方版本，比较清晰，大家购买相关产品时注意分辨：

Type C 总结

• 从接口分类上：Type C 接口是基于之前 A 口 B 口的一次体验变革，首先可以实现不分方向插入，还可以缩小接口厚度；其次不再有 Micro、Mini 之类的分支，移动端和 PC 端以及其他设备上可以实现多平台接口统一。
• 从接口功能上：具有超强的兼容性和可自定义性，与之前的 USB 转接后利用外置芯片实现其他功能不同，Type C 接口下可以原生添加 DisplayPort 显示输出，对内及对外双向的大功率电力传输和文件数据传输，PCIe 总线传输（雷电 3）。设备间连接所需的线缆更少，成为推动电子产品轻薄化进步的重要保障之一。
• 带宽方面：
  • USB 2.0 标准的带宽 480Mbps，折损后约合传输速度最高 48MB/S；
  • USB 3.0/3.1Gen1 的带宽 5Gbps，折损后约合传输速度最高 500M/S，原生支持对外 5V 0.9A 供电。USB 3.1 标准推出后被合并到其中，成为 USB 3.1 Gen1 速度标准，目前绝大多数笔记本的 Type C 接口数据带宽处在这个水平；
  • USB 3.1 Gen2 的带宽为 10Gbps，理想折损情况下传输速率约 1.21GB/S。USB 3.1 Gen2 的 Type C 接口在笔记本上并不常见，而在部分台式机主板上可以看到 Type A 形态的 3.1 Gen2 带宽接口。

至于空前强大的真-万金油雷电 3 接口，无论是 20Gbps 半速版还是 40Gbps 满速版，其搭载设备占比越来越高。目前雷电 3 功能最为强大的苹果 MacBook 系列，四个满速接口可实现同时外接 4 块 4K@60Hz 显示屏并以扩展屏模式呈现。