USB基础知识与注意事项

0. 概要

在做奥比中光Gemini2技术支持时，发现客户经常受到 USB 3.0 设备被识别为 USB 2.0 的困扰。于是专门学习了一下，发现 USB 3.0 原来还有这么多知识点。

本文包含如下内容：

  • USB 2.0 / USB 3.0 / USB 3.1 之间的对比
  • USB设备供电问题
  • USB设备插入速度问题
  • TypeC插头正反插问题
  • USB线长对数据传输以及供电的影响

1. 检查当前的连接是否为 USB 3.0

打开奥比中光上位机，可以在设备列表位置查看设备是否为 USB 3.0 的连接。

如果你这里显示是 USB 2.0 的话，那就要好好排查一下问题了。

2. USB 3.0 与 USB 2.0 的区别

具体细节见：

名称 USB 2.0 USB 3.0 USB 3.1
标准发布时间 2000年 2008年 2013年
端口常规颜色 黑色 / 橙色 蓝色 蓝色
通信类型 半双工 全双工 全双工
最大传输速率 12M bit/s 5G bit/s 10G bit/s
引脚数 4 9 9
最大电流 500mA 900mA 2000mA
线缆最大长度 5m 3m 1m

注意事项 ：

  1. USB的最大电流与设备有关系，不同设备之间有差异。

  2. 颜色仅做参考，主要还是看USB端口内部的触点个数。

  3. USB 3.1 最大输出电流2000mA，最大传输速率为10G bit/s。非常适合高耗电，数据密集型需求的设备，例如Gemini2。但同时也要注意，USB 3.1 选择了较短的电缆长度来维持高速数据传输。最大线缆长度仅为1m。

    Gemini2自带的双头TypeC线的长度就已经是1m了。

  4. USB 3.1 支持的连接器类型为：

    Type-A (Standard-A) / Type-B (Micro-B) / Type-C (USB-C)

  5. 线缆长度超出限制之后，数据传输速度会降级。比如说 USB 3.0 的数据线超过3m后，设备会被当做 USB 2.0 的设备来处理，只有 USB 2.0 的传输速度。

  6. 数据线在3-5m之间时，对于Gemini2相机来讲，必须配置额外的独立供电。数据线超过5m之后，USB 2.0 也不能正常工作了，这个时候需要使用带USB信号放大器的数据线。

拓展阅读

3. Gemini2设备的供电问题

前面在对比 USB 3.0 与 USB 2.0 时，看到了他们最大电流数值。

名称 USB 2.0 USB 3.0 USB 3.1
最大电流 500mA 900mA 2000mA

而Gemini2的功耗与它的深度模式选择有关，默认工作模式为 Unbinned Dense Default 。下图为Gemni2数据手册中的截图。

可以看到最大 平均电流 为 426mA，USB 2.0 与 USB 3.0 均可以满足平均电流峰值要求。但是，注意看这里的 峰值电流 为1240A，超出了 USB 3.0 的最大电流限制。

在有些PC上面，可能会出现设备连接异常或者供电不足导致的异常现象。强烈建议选择 给Gemini2独立供电 ，保险起见可以用5V2A的电源。还有就是PC/卡片电脑 (例如 Jetson Nano) 对USB总线上设备功耗是有约束的，如果你的电脑上插入了多个Gemini2 3D相机或者其他高耗能设备，则可能会遇到供电不足的问题。此时也是需要独立供电的。

当然，如果你的电脑本身比较新，有 USB 3.1 的TypeC接口，供电能力足够，则可以直接使用。

4. USB 3.0口的插入速度

USB 2.0 是4pin的，USB 3.0 是9pin。USB 3.0 在设计上是与 USB 2.0 兼容的，有的 USB 3.0 设备可以当 USB 2.0 设备来用，但是数据传输速度会变慢。

USB 3.0 的设备插入速度慢了或者没有插到底，都会被识别为 USB 2.0 的设备。

图片来源： USB 2.1 与 USB 3.0 的区别是什么? - 北极的回答 - 知乎

上图为 USB 3.0 的管脚实物图，USB 3.0 前方的4个pin与 USB 2.0 的管脚是一致的，后面的5个触点是 USB 3.0 独有的。当 USB 3.0 的插头缓慢插入电脑时，电脑的端口会先跟前面的4个pin接触，认为这只是个 USB 2.0 的设备。

解决办法：

  1. 拔下设备，重新快速插入。
  2. 保持设备插入，重启电脑。

5. TypeC插头正反插问题

TypeC插头是否存在正反插问题？答案是会的。

USB 3.0 与 USB 3.1 的TypeC连接器是不一样的

  • USB 3.0 与Type C端子是分正反面的，插反了会直接影响传输速率，严重点会影响功能正常使用，系统异常。
  • USB 3.1 的TypeC端子则不存在正反插问题。

关于TypeC的详细介绍，可以看这几篇文章：

因此Gemini2在使用TypeC母头转 USB 3.0 公头信号转接线时，以及相机的TypeC母头与TypeC数据线的连接都需要注意正反。可以每个面都试一下，通过上位机看是否为 USB 3.0 的连接。

拓展知识

功能上 USB 3.1 Type-C还引入了全新的Alternate Mode（交替模式），这意味着Type-C接口和数据线能传送非USB数据信号。目前Alt Mode已经能够支持DisplayPort 1.3和MHL 3.2规范，而USB-IF同时也在寻求对其他的功能标准的支持，除了视频接口，像以太网等其他接口同样也可以被Type-C支持。

6. USB 3.0线长问题

USB 3.0 的相机设备，在使用线长超过3m后，会被识别为 USB 2.0 的设备。

注：实测不到3m的时候就会被识别为 USB 2.0 ，所以3m不是一个严格的标准。跟线材质量有关系。

USB 3.0 的相机设备在使用线长超过3米后可能会被识别为 USB 2.0 的设备，主要原因可能是由于信号衰减和电磁干扰。

  • 信号衰减 ：USB 3.0 的数据传输速度比 USB 2.0 快很多，但这也使其对线路质量的要求更高。当数据通过较长的线路传输时，信号会逐渐衰减，如果衰减过多，设备可能无法正常接收和解码 USB 3.0 的信号，导致设备被识别为 USB 2.0。
  • 电磁干扰 ：USB 3.0 的高速数据传输可能会产生电磁干扰，影响数据的准确传输。特别是在较长的线路中，电磁干扰的影响更为显著。如果干扰过多，设备可能无法正常解析 USB 3.0 的信号，从而被识别为 USB 2.0。

解决方案

尝试使用质量更好、抗干扰能力更强的线路，或者使用 信号放大器 或中继器来增强信号。

7. USB 3.0线长对供电的影响

USB 电缆的长度增加会对设备的供电产生影响，主要有以下两个方面：

  1. 电压降 ：电缆的电阻会随着长度的增加而增加，这会导致电压在电缆的一端到另一端之间出现降低，也就是电压降。如果电压降到一个设备无法正常工作的水平，设备可能会出现故障或性能下降的情况。在 USB 3.0 中，这个问题可能更加严重，因为 USB 3.0 的数据传输速度更快，对电源的要求也更高。
  2. 供电能力降低 ：由于电缆的电阻增加，电流的传输效率会降低，这可能会导致设备的供电能力降低。特别是对于一些需要大电流供电的设备，如 USB 3.0 的摄像头，供电能力的降低可能会影响其正常工作。

解决方案

使用质量更好、电阻更小的电缆，或者使用带有外部电源的 USB 中继器或集线器来增强供电能力。