高速USB线缆的关键参数测量与分析

USB是由世界著名计算机和通信公司等共同推出的新一代接口标准，全称为Universal Serial Bus（通用串行总线），是一种快速、灵活的总线接口。它是为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串行通信标准。

USB一般分为USB低速，USB全速，USB高速和USB超高速,其分别对应于USB1.0,USB1.1,USB2.0和USB3.0，而USB3.0又分了GEN1，GEN2等。最新一代是USB4，传输速度为40Gbit/s，三段式电压5V/12V/20V，最大供电100W ，新型Type C接口允许正反盲插。

USB应用十分广泛，并具有下述优点：

①适用于多种外设，使它不需要为不同的外设准备不同的接口和协议；

②Windows能自动检测到USB设备的热插拔，并自动配置；

③PC机上的接口线非常紧缺，而USB设备并不需要用户设置端口故无论从用户使用方便性，或从对资源的占用方面看，USB都很优秀；

④当接入一个USB设备时，全速USB接口可达12Mbit/s。考虑到状态、控制和出错信息，最大理论速度仍可达到9.6Mbit/s，这是其他串行接口协议所不能比拟的，且USB也支持1.5Mbit/s的低速传输；

⑤USB接口芯片价格低廉，这也大大促进USB设备的开发与应用。

在USB出现之前，计算机典型接口有并行口、串行口、鼠标口、键盘口、显示器口，及各种卡式接口等，与这些接口对应的有各种不同的电缆，在传输速度方面，这些接口都存在速度偏低的问题。在技术方面，这种设计容易产生I/O冲突，中断不够用，以及对于每一种新的外设都必须设计新的接口卡等缺点。当今的计算机外部设备，都在追求高速度和高通用性。USB接口适应了这种要求，并以其速度快、使用方便、成本低等优点，迅速得到了众多PC厂商和半导体厂商的大力支持，外设向USB过度成为必然趋势。

USB插头对各USB协议规范的支持：

USB接口自1994年推出以来，经过近30年的发展，经过USB1.0/1.1、USB2.0、USB3.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。

而随着传输速率的增加，对于USB线束的带宽测量也显得尤为重要。所以，利用矢量网络分析仪对四条不同的USB线的一些关键参数进行了实测比对。

测试产品：

左：A口线缆测试连接 右：C口线缆测试连接

测试环境：

USB A口1米长线缆两根，编号A001和A002；

USB A口2米长线缆两根，编号A003；

USB C口线缆一根，编号C001；

测试仪器：Prosund SP800系列矢量网络分析仪

测试夹具：海凌克电子USB A和C口测试夹具；

测试结果未做夹具去嵌入；

夹具损耗：A口0.35dB@2.5GHz，0.6dB@5GHz；C口公头0.85dB@5GHz，母口0.63dB@5GHz；

测试结果：

A001和A003阻抗低于90欧姆；A002阻抗正常；

A001损耗略大，A003损耗严重超标，且有谐振；

C001线缆阻抗正常；2.5GHz损耗略大，扣除夹具损耗~1.5dB后，线缆损耗为7.9dB@2.5GHz，已轻微超标；

损耗标准：

USB 5Gbps速率（又称Super Speed Gen1）

USB 3.0规范A口：7.5dB@2.5GHz；

USB 3.1规范A口：3.5dB@2.5GHz；

USB 3.1规范C口：7dB@2.5GHz；

USB 10Gbps速率（又称Super Speed Gen2)

所有规格线缆：6dB@5GHz；

初步结论：

USB 5Gbps：

A001刚好满足插损要求，但是没有任何余量，且阻抗不合格；

A002满足插损及阻抗要求；

A003不满足插损和阻抗要求；

C001插损略超要求，阻抗合格；

USB 10Gbps：

A002满足插损及阻抗要求；

其余线缆均不满足要求。

普尚SP800系列矢网搭配海凌克的高速测试夹具，可以很方便进行USB线束的关键参数测量，例如传输损耗，时域阻抗等，也可提供针对光模块/电缆/光缆测试夹具，HDMI测试夹具，PCIe测试夹具等高速测试相关产品的一揽子解决方案。

西安海凌克电子科技有限公司（简称“海凌克电子”）专注于高速测试相关产品的设计与生产，包括测试夹具、测试仪表、芯片验证电路板等领域。所有测试夹具均符合相关协议要求，包括MSA、SFF、IEEE 802.3、HDMI CTS、PCIe CEM等。

审核编辑：汤梓红