什么会导致 USB 3.0 端口恢复为 USB 2.0?

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假设我有一个 USB 3.0 设备,通过 USB 3.0 电缆连接到 USB 3.0 端口,并在 Windows 7 计算机上安装了正确的驱动程序。USB 3.0 的带宽和性能符合预期。

现在我用质量有问题的“USB 3.0 电缆”替换了这条电缆。我收到来自 Windows 的可怕的“此设备可以执行得更快”警告(添加我应该将其连接到 USB 3.0 端口)并且设备的性能下降到 USB 2.0 级别。现在根据我的理解,一些端口/驱动程序可以切换回 USB 2.0 模式,以便向后兼容。所以这似乎就是这里发生的事情。

为了诊断电缆的具体问题,端口会恢复为 USB2.0 的原因是什么?

带宽不受限制?一些电气测试?完全由司机决定?

作为参考,我使用远程 USB 3.0 端口对其进行了测试,该端口特别无法恢复为 USB 2.0,并且该设备无法正常工作。

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如果您查看USB 3.0 引脚排列,您会发现 USB 2.0 线与 USB 3.0 线不同。因此,当 USB 3.0 线中断,或者它们的质量太差以致于数据传输不成功时,只有 USB 2.0 线提供工作通信,并且双方看起来只是连接到另一个 USB 2.0 设备。

对于没有 USB 2.0 线的远程端口,USB 3.0 线无法工作,因此无法正常工作。

诊断:部分 USB 3.0 线或触点损坏、弯曲或质量太差,无法正常传输信号。

这纯粹是硬件问题。跟司机没关系。它也与操作系统无关。

扔掉坏电缆,换一根质量没问题的新电缆。您不太可能修复坏线路(请记住,我们说的是高频信号)。


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如果您查看 USB 3.0 连接器,或者更好地测量互连参数,您将发现没有太大区别。在这两种情况下,差分阻抗虽然设计为 90 欧姆,但会有一些不连续性,这甚至取决于您如何弯曲配对插头。然而,不同之处在于 USB 3.0 频率比 USB2 高 10 倍,这使得信号质量更容易受到所有缺陷的影响。

简而言之,由于电缆质量有问题,USB 3.0 端口无法启动。

USB 电缆最有问题的部分之一是位于电缆包覆成型中。USB 电缆并非设计为以良好控制的自动化方式组装,它们需要人工将散装电缆的分线引线焊接到连接器的端子上。引线可能会弯曲并变宽,焊点大小不同等,从而在传输线中引入不均匀性。这是连接器缺陷的补充。结果,USB 3.0 信号的位模式在这些“颠簸”和“下降”上散射、干扰、反射,并使信号眼难看且几乎无法解码。

USB连接器和主机芯片之间的走线也不完美,焊接连接器几乎总是在通道中“凸起”。更多的是,更长的电缆往往会更多地衰减高频,因此信号会失去边缘的锐度和幅度下降。总之,这形成了“有损通信信道”,与 RF 通信完全相似。在某些情况下,连接点的阻抗缺陷可能会形成反谐振条件,从而导致信号幅度的大量损失。然而,一根长一英寸或短一英寸的电缆可能几乎可以正常工作。

为了纠正“通道”属性,USB 3.0 信号在传输端有“预加重”,在接收端有可调谐均衡滤波器。

为了使通道正常工作,USB 3 采用“链路训练”,通过发送 65536 个特殊训练包。接收器根据最小错误级别选择最佳滤波器参数。如果通道反射过多或衰减过大,训练将失败,USB3 端口将变为禁用。

另一种情况是,如果链路训练通过,并且链路切换到活动的“U0”模式,USB 协议可能有太多错误并且无法完成事务。在这种情况下,主机将尝试“重置”并重新训练链接,但结果可能相同。多次尝试后,主机驱动程序将禁用 USB3 部分。

一旦 USB3 链接失败,USB 设备可能(也可能不)使用 USB 2.0 连接协议。

总而言之,如果不使用特殊的测试夹具和相当高带宽的示波器 (8-12 GHz) 和 TDR 仪器以及特殊的软件包进行信号质量测量,则几乎不可能“诊断”电缆特定问题。最好的方法是使用 USB-IF 认证的链路(主机-电缆-设备)的所有三个组件。


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不同于速度识别通过将 D- 或 D+ 线分别拉至 3.3V 来区分低速和全速的 USB2.0 设备不同,USB 3.0 引入了链路训练和状态机 (LTSSM),它持续监控传输质量USB 数据线。因此,USB3.0 上的简单电气连续性不足以建立 USB3.0 连接:传输介质(连接器和电缆)应尊重特定特性,如信号衰减、反射抑制和延迟。

当 LTSSM 确定 USB 3.0 链接不可恢复时,它将永久回退到 USB2.0,并且使其重试 SuperSpeed 的唯一方法是断开并重新连接设备。

从技术上讲,LTSSM 是由 USB 硬件实现的,因此其行为不取决于驱动程序,而是在 USB3.0 规范中定义。

实际上,如果您的电缆被卷曲/弯曲,请尝试展开或展开它。这可以改善电缆的电气特性并帮助连接器在插座中占据正确的位置。