板載 USB 3.2 Gen 2 和 USB4 插座有何驚喜

我跟 USB Type-C 連接器 (USB-C) 的第一次接觸，是個美妙的經歷。試著將 USB-A 連接器插頭插入配接插座多年後，才發現插頭竟然是上下顛倒的，也因此才找到無論插頭方向為何都可配接的連接器。這只是我想到 USB-C 連接器就聯想到的驚奇之一。這種連接器類型還能以高達 40 Gbps 的數據傳輸率共享電力以及多種數據和顯示協定，同時符合訊號完整性和電磁干擾 (EMI) 的要求。

在印刷電路板 (PCB) 上實作 USB-C 連接時，設計人員面臨著節省空間又要確保可靠連接的壓力。Stewart Connector 的 USB-C 插座設計，就可滿足這些往往互相衝突的要求。符合 USB 3.2 Gen 2 (以前稱為 USB 3.1) (左) 或 USB4 (右) 規格的插座如圖 1 所示。

圖 1：在此顯示用於 USB 3.2 Gen 2 (左) 和 USB4 (右) 的 USB-C 印刷電路板插座。(圖片來源：Stewart Connector)

直角插座經過屏蔽，且可向下相容早期的 USB 版本，能以較低速率運作。SS-52400-002 和 SS-52400-003 符合 USB 3.2 Gen 2 規格，適合的板厚度分別為 0.039 in。(1 mm) 和 0.063 in (1.60 mm)。SS-52400-005 符合 USB4 規格，適合的板厚度為 0.047 in (1.20 mm)。

如前所述，USB-C 插頭和插座可反插。觸點的排列能以公端和母端方向進行配接。此連接器可在單一配置下依據 USB 電力傳輸 (USB PD) 標準，提供電力傳輸、數據傳輸以及音訊／視訊輸出。USB-C 插座的訊號分配如圖 2 所示。

圖 2：此為 USB-C 插座的訊號分配。(圖片來源：Stewart Connector)

USB-C 連接器可供許多訊號使用，可用於數據和電力傳輸，如表 1 所示。

表 1：USB-C 連接器可支援配電、替代數據模式和 USB 相容模式。(表格來源：Art Pini)

USB PD 是一種智慧型電力傳輸規格。採用通道配置 (CC) 線路來交涉源極和汲極 (負載) 之間的電力協議。電壓位準可以高於 5 V，並允許採用可編程電源供應器。

Stewart Connector 的 SS-52400-002 和 SS-52400-003 USB 3.2 Gen 2 插座，可在 20 V 和 5 A 下支援最大 100 W 的功率位準。SS-52400-005 USB4 插座的額定值為 20 V 和 7 A 下 140 瓦。USB-C 插座的工作溫度皆位於 -40 至 105°C。

USB PD 在裝置之間建立電力協議後，會透過廠商定義訊息 (VDM) 啟動如同 Display Port (DP) 等替代模式數據鏈路。接著，DP 就會開始進行鏈路調訓，在 DP 源極和汲極之間建立關係，確保連接妥當，以進行視訊或音樂等數據串流。DP 輔助 (AUX) 訊號會使用 SBU (SBU1 和 SBU2) 訊號引腳。AUX 通道可處理鏈路管理和測試模式控制。SuperSpeed SSTx1、SSTx2、SSRx1 和 SSRx2 線路可構成差動數據路徑，以提供高速數據鏈路。專用的 Dp 和 Dn 線路可維持與舊版 USB 標準 (USB 2 以下) 的相容性。

USB PD 不僅可用於電力傳輸，還可同步處理替代模式所用的多種協定。支援的序列數據協定包括 Thunderbolt、DisplayPort、高解析度多媒體介面 (HDMI) 和行動高解析度鏈路 (MHL)。可透過 VDM 輕鬆添加其他介面。

Stewart Connector 的 USB-C 插座採用纖薄設計，可將 PCB 的可用空間使用率最大化，發揮額外價值。此插座採用混合式引腳設計，以通孔和表面黏著引腳連接印刷電路板的頂層和底層。在製造方面，USB-C 插座採用捲帶包裝，有利於自動拾放作業。

結論

儘管擁有可反插的接器令人興奮，但很快就會發現 USB-C 還有更多優點。這個標準連接器可用於不同的音訊、視訊、資料儲存和通訊協定。更可針對正在制訂的新興標準鋪路。Stewart Connector 的解決方案可滿足設計人員的需求，可確保在電路板上有可靠且緊湊的 USB-C 連接。