O que pode fazer com que uma porta USB 3.0 volte a USB 2.0?

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Digamos que eu possua um dispositivo USB 3.0, conectado com um cabo USB 3.0, a uma porta USB 3.0 com os drivers corretos em um computador com Windows 7. A largura de banda e o desempenho são os esperados para o USB 3.0.

Agora substituo este cabo por um "cabo USB 3.0" de qualidade questionável. Recebo o temido aviso "Este dispositivo pode executar mais rapidamente" do Windows (acrescentando que devo conectá-lo a uma porta USB 3.0) e o desempenho do dispositivo cai para os níveis USB 2.0. Agora, pelo que entendi, algumas portas / drivers podem voltar ao modo USB 2.0, a fim de serem compatíveis com versões anteriores. Então, isso parece ser o que está acontecendo aqui.

Para diagnosticar o problema específico do cabo, quais são as razões pelas quais a porta voltaria a USB2.0?

A largura de banda não respeita um limite? Algum teste elétrico? Puramente até o motorista?

Para referência, testei-o com uma porta USB 3.0 remota que especificamente não pode voltar ao USB 2.0 e o dispositivo não estava funcionando.

Alex Millette
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`cabo de" qualidade questionável "` <- você já respondeu sua própria pergunta.
Criggie

Respostas:

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Se você der uma olhada no pinagens USB 3.0 , verá que as linhas do USB 2.0 são distintas das linhas do USB 3.0. Portanto, quando as linhas USB 3.0 são interrompidas ou a qualidade delas é tão ruim que a transferência de dados não é bem-sucedida, apenas as linhas USB 2.0 fornecem comunicação de trabalho e os dois lados procurarão que eles estejam conectados apenas a outro dispositivo USB 2.0.

Com uma porta remota que não possui as linhas USB 2.0, as linhas USB 3.0 não funcionam, por isso não é funcional.

Diagnóstico: Algumas das linhas ou contatos do USB 3.0 estão quebrados, dobrados ou a qualidade é tão ruim que não é possível transferir os sinais corretamente.

Isso é puramente um problema de hardware. Não tem nada a ver com o motorista. Também não tem nada a ver com o sistema operacional.

Jogue fora o cabo defeituoso, adquira um novo de qualidade não questionável. É improvável que você consiga reparar as linhas ruins (lembre-se, estamos falando de sinalização de alta frequência).

dirkt
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Eu acho que o "até o driver" estava se referindo ao fato de que o limite de "tão ruim que eles não podem ser transferidos corretamente" pode ser específico do modelo ou até estar sob controle de software. Supondo que o hardware reporte taxas de erro corrigíveis e não corrigíveis e tenha um bit de configuração para forçar a desativação do modo USB3, o driver pode estar de fato no controle.
Ben Voigt
@ BenVoigt: Não conheço nenhum relatório de taxa de erro do hardware (você pode me indicar na especificação XHCI?). Em particular, é impossível "desativar o modo USB 3", existem dois hubs raiz completamente separados. Também não conheço nenhum hub raiz USB que não siga as especificações da Intel (você conhece algum?). Portanto, não, não é específico do modelo e não está sob controle do motorista.
dirkt
Eu sei de um motorista que me permite, através de software, a troca entre USB1.0, 2.0 e 3.0 para testar: passmark.com/products/usb3test.htm
Alex Millette
@AlexMillette: Interessante, mas acho que ele controla o LoopbackPlug para selecionar o modo USB, reconectando-se para fazer a alteração. Observe também o comentário em outra resposta sobre o LTSSM sendo implementado em hardware.
dirkt 9/08/18
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Se você observar o conector USB 3.0, ou melhor medir os parâmetros de interconexão, não verá muita diferença. Em ambos os casos, a impedância diferencial, embora projetada para 90 Ohms, terá alguma descontinuidade, que dependerá mesmo de como você dobra o plugue correspondente. A diferença, no entanto, é que a frequência do USB 3.0 é 10x mais alta que o USB2 e isso torna a qualidade do sinal muito mais suscetível a todas as imperfeições.

Portanto, uma porta USB 3.0 falha ao iniciar devido à qualidade questionável do cabo.

Uma das partes mais questionáveis ​​do cabo USB está situada na sobremoldagem do cabo. Os cabos USB não são projetados para serem montados de maneira automatizada e bem controlada; eles exigem trabalho manual para soldar os fios divididos do cabo a granel nos terminais do conector. Os condutores podem ser dobrados e ampliados, as bolhas de solda variam em tamanho, etc., introduzindo uma falta de homogeneidade na linha de transmissão. Isso é uma adição às deficiências do conector. Como resultado, os padrões de bits dos sinais USB 3.0 se espalham por esses "choques" e "quedas", interferem, refletem de volta e tornam o sinal feio e quase decodificável.

Os traços entre o conector USB e o chip host também não são perfeitos, e o conector soldado quase sempre é uma "colisão" no canal. Além disso, cabos mais longos tendem a atenuar mais as altas frequências, de modo que o sinal perde a nitidez das bordas e diminui a amplitude. No total, isso forma "canal de comunicação com perdas", em total semelhança com a comunicação de RF. Em alguns casos, as imperfeições de impedância nos pontos de conexão podem formar uma condição anti-ressonante, resultando em perda substancial da amplitude do sinal. Um cabo com uma polegada maior ou menor pode, no entanto, funcionar quase perfeitamente.

Na tentativa de corrigir as propriedades do "canal", os sinais USB 3.0 têm "pré-ênfase" na extremidade da transmissão e filtro de equalização sintonizável na extremidade do receptor.

Para fazer o canal funcionar, o USB 3 emprega "treinamento de link", enviando 65536 pacotes de treinamento especiais. O receptor seleciona os melhores parâmetros de filtro com base no nível mínimo de erro. Se o canal apresentar muitas reflexões ou atenuações, o treinamento falhará e a porta USB3 será desativada.

O outro cenário seria se o treinamento do link fosse aprovado e o link mudasse para o modo "U0" ativo, o protocolo USB pode ter muitos erros e falha ao concluir as transações. Nesse caso, o host tentará "redefinir" e treinar novamente o link, mas os resultados provavelmente serão os mesmos. Após várias tentativas, o driver host desativará a parte USB3.

Quando o link USB3 falha, o dispositivo USB pode (ou não) ativar o protocolo de conexão USB 2.0.

Em resumo, é quase impossível "diagnosticar" problemas específicos de cabos sem fazer medições de qualidade de sinal usando equipamentos de teste especiais e escopos de largura de banda razoavelmente altos (8-12 GHz) e instrumentos TDR, com pacotes de software especiais. A melhor maneira é trabalhar com todos os três componentes do link (dispositivo host-cabo) certificados por USB-IF.

Ale..chenski
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"USB cabos não são concebidos para serem montados no modo automatizado bem controlada, eles requerem trabalho manual para ligações de solda de divisão de cabo grosso para os terminais do conector" citação neeeded
Stannius
@ stannius, nenhuma citação necessária. Basta pegar qualquer cabo USB, tentar abrir o molde com cuidado, com uma faca x-acto, e você verá a bagunça. Mesmo que a maioria dos fabricantes use o mesmo cabo a granel, a saída de solda e provavelmente o tipo de resina de preenchimento fazem a maior parte das diferenças entre cabos bons e questionáveis.
Ale..chenski
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Ao contrário da identificação de velocidade dos dispositivos USB2.0, nos quais a distinção entre velocidade baixa e velocidade máxima é feita puxando as linhas D- ou D + para 3,3V, respectivamente, o USB 3.0 introduz o Link Training and Status State Machine (LTSSM), que monitora continuamente a qualidade da transmissão. as linhas de dados USB. Portanto, uma simples continuidade elétrica no USB3.0 não é suficiente para estabelecer uma conexão USB3.0 : o meio de transmissão (conectores e cabos) deve respeitar características específicas como atenuação de sinal, supressão de reflexão e atraso.

Quando o LTSSM decide que o link USB 3.0 não é recuperável, ele retornará permanentemente ao USB2.0 e a única maneira de tentar novamente o SuperSpeed ​​é desconectar e reconectar o dispositivo.

Tecnicamente, o LTSSM é implementado pelo hardware USB, portanto, seu comportamento não depende do driver, mas definido na especificação USB3.0.

Em uma nota prática, se o cabo estiver enrolado / dobrado, tente desenrolá-lo ou dobrá-lo. Isso pode melhorar as características elétricas do cabo e ajudar os conectores a tomar posições corretas nos soquetes.

Dmitry Grigoryev
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