USB 3.1 Legacy Cable and Connector笔记

在WiFi 6-BTDM Combo芯片调试中遇到芯片USB 3.0 SSTX/SSRX Pins与PCB上USB插头Pins连接正确性问题。通过网络搜索得到的结果也大多语焉不详或者缺少依据，于是仔细阅读了USB 3.1 Legacy Cable and Connector Spec Revision 1.0 (以下简称Spec)，厘清了很多模糊的概念和错误的理解——USB市场上的产品真混乱。想直接看结论的朋友，可以跳到最后一段。

Terms

Spec中的关于Cable and Connector的基本概念非常重要。理解了这些基本概念就能厘清市场上USB产品与Spec的差异，避免在PCB设计出现低级错误。Spec在Chapter 2 Terms and Abbreviations中列出名词定义，尤其是一些相似名词的区别。

• cable - Raw cable with no plugs attached.
• cable assembly - Cable attached with plugs.
• plug - Connector attached to the cable, to be mated with the receptacle.
• receptacle - Connector mounted on the host and device, to be mated with the plug.
  注意：上面关于plug和receptacle的定义非常重要。'plug’即中文语境中的“公头”或“插头”，'receptacle’即中文语境中的“母口”或“插座”。连接到cable上的connector才是plug，安装在host和device上的connector才是receptacle。请务必牢记Spec的规定，这与大家在市场看到的各种USB cable和device的形态有差异，比如U盘是一个USB device，按照Spec的规定，它应该安装receptacle，但是市场上售卖的U盘都使用了plug。
• Standard-A connector - host connector.
• Standard-B connector - standard Type-B device connector.
• Micro-B connector - device connector.

Raw Cable

Spec规定的cable只有一种，如下图，Cable一端的Tx是另一端的Rx，Cable一端的Rx是另一端的Tx，即所谓的“Tx/Rx有交叉”。

市场售卖的部分USB Cable与Spec规定有差异，比如所谓的“USB延长线”——“Tx/Rx没有交叉”。

Allowed Cable Assemblies

Spec定义了以下类型的cable assemblies，即通常讲的USB线——包括cable和plug。

• Standard-A plug to Standard-B plug
• Standard-A plug to Micro-B plug
• Standard-A plug to Standard-A plug
• Micro-A plug to Micro-B plug
• Micro-A plug to Standard-B plug
• Captive cable with Standard-A plug
• Captive cable with Micro-A plug
  注意：Spec并没有规定captive cable是如何连接到device侧的。

A captive cable is a cable assembly that has a USB Standard-A plug on one end and that is either hardwired or has a vendor-specific connector on the other end. A hardwired cable is directly wired to the device and it is not detachable from the device. This specification does not define how the vendor-specific connector or hardwired attachment is done on the device side.

Connectors

Standard-A Connector

• Standard-A Receptacle
  
• Standard-A Plug
  
• Standard-A Connector Pin Assignments
  
  注意：对于Standard-A connector, Tx/Rx的定义是从Host的角度出发。Standard-A plug插入Standard-A receptacle。

Standard-B Connector

• Standard-B Receptacle
  
• Standard-B Plug
  
• Standard-B Connector Pin Assignments
  
  注意：对于Standard-B connector, Tx/Rx的定义是从Device的角度出发。Standard-B plug插入Standard-B receptacle。

Micro Connectors

Micro connector family 包括Micro-B receptacle, Micro-AB receptacle, Micro-B plug, and Micro-A plug. 具体介绍详见Spec section 5.3.3。

Cable Assemblies

在前面“Allowed Cable Assemblies”中介绍了7种cable assemblies，Spec只对其中的5种non-captive类型做了完整的规定。这里只记录一下5种当中的两种，其他的详见Spec section 5.5。

• Standard-A to Standard-B Cable Assembly
  
  
• Standard-A to Standard-A Cable Assembly
  这种类型的USB线两头都是Standard-A plug，其用途很特殊，通常用于system debugging和host-to-host连接的场景。
  
  另外，对于USB线的最大长度，Spec并没有规定。只要USB线的电气特性符合Spec的要求就可以，可以参考Spec section 5.8 Implementation Notes and Design Guides。在实际应用中，如果用到了USB延长线，要注意其性能，比如压降。

Dongle形态的USB Device

Spec并没有定义Dongle形态的USB Device，如下图所示。

Spec规定了Device上安装的是Receptacle（母口/插座），但是Dongle形态的Device上安装的却是Plug（公头/插头）。那么芯片的Tx/Rx pins应该怎样连接到Plug的Tx/Rx pins上呢？到底是Tx-Tx/Rx-Rx还是Tx-Rx/Rx-Tx呢？Dongle形态的USB产品其实质是把Device和Captive cable with Standard-A plug做到了一块PCB上。根据Spec的规定，cable两端的Tx/Rx需要交叉，所以芯片的Tx连接到Standard-A plug的Rx，芯片的Rx连接到Standard-A plug的Tx。