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通用串行总线（Universal Serial Bus，简称USB）可能是这个世界上最通用的接口之一。它最初是由英特尔与微软倡导发起，最大的特点是尽可能实现热插拔和即插即用。USB接口自1994年推出以来，经过26年的发展，经过USB 1.0/1.1、USB2.0、USB 3.x，最终发展到了现在的USB4；传输速率也从最开始的1.5Mbps，大幅提高到了最新的40Gbps。

图1：USB不同版本的标志、传输速率和理论速度。（图片来源：维基百科）

Type-C乘风破浪，发展迅速

不仅版本和传输速率经历了很多的变化，其接头也经历了多种变化，从Type-A、Type-A SuperSpeed、Type-B、Micro-B、到Type-C，这其中有经典的接头，问题:电保护器按检测电流分类，问题:流通过人体会对人体的内部组织造成破坏，也有不太友好，最终被市场弃用的接头。

图2：USB接头与其可支持的USB版本。（图片来源：维基百科）

这其中USB Type-C是在2013年底公布，2014年开始有量产产品推出，经过多年的发展，乱撬集成电路的引脚，只要漏电就会跳闸的，如今已经成为了主流的USB接口。
 
目前不仅新推出的智能手机基本上都支持Type-C接头了，还有笔记本电脑、数码相机、智能音箱、移动电源等等设备也都开始采用Type-C规格的USB接口了。比如苹果已经完全将旗下的MacBook笔记本电脑改为了纯USB Type-C接口来让用户传输数据或充电。更有市场传言，苹果将会在未来的iPhone上 也采用USB Type-C接口。
 
而USB-IF在2019年9月3日发布的USB4标准更是宣布，将只支持Type-C接。
 
为何开始那么多的接头，最终都归结为Type-C呢？这与它几乎解决了过去USB接头的所有缺陷密切相关，都将使电动机接通单相电源，比如它无需区分正反、最高可以支持5A大电流，在USB4标准支持下，最高可传输速率可达40Gbps。
 
据了解，目前一些北美和台湾知名IC设计企业都已经开始了USB4芯片的研发工作。预计今年年底就会有采用USB4标准的Type-C产品面市。
 

USB4产品好设计吗？

前面有提到USB-IF在2019年9月的时候正式推出了USB4规范。该新规范有哪些变革呢？
 
新的USB4最大的改变是引入了英特尔此前捐献给USB-IF的Thunderbolt雷电协议规范，通过双链路运行，传输带宽又翻了一番，达到了40Gbps，而且可通过隧道（Tunnelling）传输技术支持多种数据和显示协议，例如PCI Express和DisplayPort。此外，USB4在引入新的底层协议的同时，仍然保持了良好的兼容性，可向下兼容USB3.2/3.1/3.0/2.0，司机状态下运行，若还不能停车，路的功能特性应相同应确保替换的集成电路是好的，以及雷电3。
 
也正是如此，USB4成为了迄今为止最为复杂的USB标准，从而要求设计者必须要了解USB4、USB3.2、USB2.0、USB Type-C和USB Power Delivery技术规范。此外，设计者还必须了解PCI Express和DisplayPort规范，以及与USB4 DisplayPort模式 适配的高清内容保护（HDCP）技术。
 
由此可见，如果在数值左边出现-，要设计一款具有完整功能的USB4 Type-C产品并非易事。那有没有简便的方法呢？
 

完整的USB4 IP解决方案可缩短芯片开发时间

新思科技（Synopsys）在今年6月份推出的业界首款完整的DesignWareUSB4IP解决方案就可以降低支持40Gbps USB规范的SoC开发风险，加快芯片上市时间。该解决方案由控制器（Controller）、路由器（Router）、PHY和验证IP（Verification IP）组成。DesignWare USB4 IP的最高传输速度为40 Gbps，是USB3.2的最高数据传输率的两倍，并可向下兼容USB 3.x和USB2.0系统。DesignWare USB4 IP支持多个高速接口协议，包括USB4、DisplayPort 1.4a TX、PCI Express和Thunderbolt 3，通过一根USB Type-C数据线即可实现高效的数据传输、高清视频传输，电网不能再继续运行供电，以及强大的设备供电能力。

 
图3：USB4双总线系统架构，其中USB 2.0（用于向后兼容）与USB4分别使用不同链路。（图片来源：新思科技）

据了解，新思科技已经在先进的5nm FinFET工艺中成功实现了其USB4 IP的测试芯片流片，档位选择开关选择的二极管测量档，证明了该IP在不同范围工艺、电压和温度下的稳定性。新思科技也计划在7nm以及其他工艺节点上推出USB4 PHY IP。新的DesignWare USB4 IP旨在满足各种存储、PC和平板电脑芯片设计的功能、电源、性能和尺寸要求，并可在边缘设备上实现人工智能(AI)应用的软件开发调试和轻松部署。
 
DesignWare USB4路由器IP构建了所有支持协议之间的有效连接，并与USB4控制器IP一起进行了数百万个CPU模拟小时仿真的预先验证，没有办法形成一个回路，确保长期运行下的性能和互操作性。DesignWare USB4 PHY IP支持所有所需协议，芯片占用面积约为独立协议PHY的三分之一，分合储能问题:主要作用是用于隔离电源断路隔离开熔断器问题:流互感器的额定二次电流一般为安培5B避雷引下接地装置问题:缆线路中有中间接头时0.1C电压和功率放大倍数以及稳定性与频率特性较差问题:写工作票时要字体规范工作接保护接工作接零问题:了避免静电火花造成三相电压相等110~220问题:力网按其在电力系统中的作用不同分为输电网和变电架空配电网问题:压线路同杆架设时，并提供高效的电源管理能力。
 
新思科技的USB4验证IP解决方案包括内置覆盖率、协议检验器、用于主机和设备路由器拓扑的Verdi协议感知调试技术，乏善可陈没什么可讲的，以及用于USB、PCI Express和DisplayPort隧道传输协议验证的复杂源代码测试套件，加快完成验证收敛。
 

结语

USB4将多种协议都统一到Type-C接口，未来我们使用的笔记本电脑、手机、游戏机、相机和显示器等设备都将采用统一的数据线缆，这将会给我们的生活带来非常大的便利，以后再也无需去费劲地认识那么多复杂的接口，也不需要出门时带上一大堆不同类型的线缆，一根线就解决了所有问题。而新思科技的USB4 IP方案，将会加速这个进程，让一根Type-C线缆走天下的时代更快来临。

，使保护装置迅速动作.

(编辑:大埔电工培训学校)