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新一代USB 3.1和USB 3.2：面向未来的机器视觉高速接口

发表时间：2022-07-18 10:09


提及USB接口，想必大家都不陌生，在电脑、手机、平板等各种输入输出设备中最为常见。视觉相机也不例外，随着视觉技术的进步，无论是传统的基于PC的机器视觉系统中，还是广泛普及的嵌入式机器视觉系统中，相机的数据接口的选择至关重要。

现如今，CMOS图像传感器对图像的分辨率和响应速度要求越来越高，在相机和处理器之间如何快速、准确无误地传输数据，对所需的带宽和数据传输的距离提出了考验，对数据传输的接口更是提出更高标准和要求。CameralLink、GigEVision、USB 3 Vision、CoaXPress和CameraLink HS等都是数据传输硬件厂商专门为视觉相机开发的接口类型。

今天，我们就USB 3版本的接口类型聊一聊，USB 3.1和USB 3.2标准分别有哪些特性？

USB Implementers Forum已将USB 3.0更新为USB 3.1。FLIR更新了其产品描述来反映此项更改。本文将介绍USB 3.1，以及第一代与第二代USB 3.1之间的差异及两者能给机器视觉开发人员带来的实际益处。USB Implementers Forum还针对USB 3.2标准发布了相关规范，该标准使USB 3.1吞吐量加倍。   

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什么是 USB 3.1？


USB 3.1为机器视觉带来哪些内容？更新后的版本号反映出新增了10 Gbps传输速率（可选）。USB 3.1 具有两个版本：

● 第一代 -“SuperSpeed USB”

● 第二代 -“SuperSpeed USB 10 Gbps”

所有USB 3.1设备都与USB 3.0和USB 2.0向后兼容。USB 3.1是指USB产品的传输速率；它不包含Type-C连接器或USB功率输出。USB3 Vision标准不受此USB规范更新的影响。

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USB 3.1 第 1 代

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图 1. USB-IF 认证的第一代 USB 3.1 主机、电缆和设备的 SuperSpeed USB 徽标。

对于机器视觉开发人员而言， 第一代 USB 3.1 和 USB 3.0 没有实际差异。第一代 USB 3.1 产品与 USB 3.1 产品使用相同的速度 (5 GBit/s) 运行，使用相同的连接器，并且提供等量的功率。USB-IF 认证的第一代 USB 3.1 主机、线缆和设备继续使用与 USB 3.0 相同的 SuperSpeed USB 商品名称和徽标。

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USB 3.1 第 2 代

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图 2. USB-IF 认证的第二代 USB 3.1 主机、电缆和设备的 SuperSpeed USB 10 Gbps 徽标。

升级后的 USB 3.1 标准为第二代 USB 3.1 产品增加了 10 Gbit/s 传输速率（可选）。当前，第二代 USB 3.1 电缆的最大长度为 1 米。USB-IF 认证的第二代 USB 3.1 主机和设备将使用更新的 SuperSpeed USB 10 Gbps 徽标。

第二代 USB 3.1 非常有可能实现机器视觉。FLIR 当前不提供第二代 USB 3.1 机器视觉相机，但请持续关注我们的网站，FLIR随时可能会推出这款相机。

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USB 3.1 包含 Type-C 连接器吗？


对于使用 USB 3.1 设备（包括移动手机和笔记本电脑）的消费者，Type-C 连接器越来越受欢迎。它是可逆的，可在主机设备端上使用。它还具有可支持其他串行协议的额外 PIN，并提供与将来版本的 USB 规范的向前兼容性。Type-C 连接器独立于 USB 3.1 规范，不能保证 Type-C 产品一定支持 USB 3.1 传输速度。

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FLIR 当前不提供任何 Type-C 产品，但是我们在密切关注 Type-C 生态系统。我们希望它能不断发展，包括广泛的行业关注产品，例如用螺钉锁定的、高度灵活的和扩大温度范围的电缆。

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USB 功率输出


新的 USB 功率输出规范已与 USB 3.1 并行开发，以便满足不断增长的消费者需求。有了这一新规范，兼容主机可向设备提供的功率从每端口 4.5W 增加到了 100W。

USB 功率输出标准包括新的 PD 感知电缆，可用于主机和设备之间的“握手”。接通设备电源后，可以从主机请求最多 20V x 5A 的功率。需要首先检查电缆，确保可额定安全地输出所请求的功率，然后主机才能输出超过 5v x 900mA 的功率。如果电缆确认支持较高的功率，主机将会提供较高功率。

支持 USB 功率输出并且电压大于 5V 或电流大于 1.5A 的端口可能标有 USB 功率输出徽标。与 Type-C 连接器一样，USB 功率输出也不包含在 USB 3.1 规范中。

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图 3. 标识 SuperSpeed USB (a) 和 SuperSpeed USB 10 Gbps (b) 端口的徽标，支持 USB 功率输出以提供超过 4.5W 的功率。支持 USB 功率输出的 USB Type-C 充电器可能显示指示最大功率容量的徽标 (c)。

所有的 FLIR USB 3.1 相机消耗的功率均小于 4.5W，它们无需 PD 感知电缆或主机端 USB 功率输出支持。

USB 3.1 接下来会推出哪些内容？

FLIR 期待能够创造出适应 USB 标准发展的新机器视觉技术。请务必关注以后的更新！访问我们当前的第一代 USB 3.1 相机型号列表。

新 USB 3.2 规范

USB Implementers Forum 最近针对 USB 3.2 标准发布了相关规范。更新的标准通过同时使用 USB Type-C™ 线缆两端，从而使第一代和第二代 USB 3.1 的吞吐量加倍。

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● 将 USB 3.1 Gen 1 的通量翻倍将会仍然低于 USB 3.1 第 2 代。
● 翻倍 USB 3.1 第 2 代非常有趣，尽管最大线缆长度将会是 1 米。
使用术语“USB 3.2”来表示第一代和第二代很可能会造成混淆。 “经 USB 3.2 认证”设备可理解为支持在超过 1 米的电缆上实现 20 Gbit/s 传输速度，或支持在超过 5 米的电缆上实现 8 Gbit/s 传输速度。我们将继续关注并报告此标准及其命名的进展。

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