USB4Dock，USB4扩展坞方案介绍

一：USB4概念

USB4是USB-FI于 2019 年 9 月 3 日发布，这是对下一代USB架构的一次重大更新，他补充了并构建了现有USB3.2和USB2.0架构。USB4架构基于intel Thunderbolt ®协议规范，该协议最近由英特尔贡献给USB-IF，它使USB最大总带宽翻倍，并支持多个同时数据和display协议。

USB4解决方案的主要特点包括:

1：使用现有的USB Type-C®电缆进行双通道工作，并使用超过40Gbps认证电缆进行高达40Gbps的操作

2：多个数据和显示协议有效地共享最大聚合带宽

3：向后兼容USB 3 SUB2.0 同时支持Thunderbolt 3®

由于USB Type-C连接器已经发展成为许多主机产品的外部显示端口的角色，USB4规范为主机提供了最佳缩放分配显示数据流的能力。即使USB4规范引入了新的底层协议，也支持与现有的USB 3.0 USB 2.0和Thunderbolt 3主机和设备的兼容性;由此产生的连接可扩展到正在连接的设备的最佳相互能力。

支持数据传输模式：

电力供应：

USB4需要 USB 电源传输(USB PD)。USB4连接在建立之前需要协商 USB PD 协议。USB4源必须至少为每个端口提供7.5 w (5 v，1.5 a)。在 USB PD 协商之前，USB4接收器必须需要少于250ma (默认值)、1.5 A或5v3A 的电源(取决于 USB-C 电阻器的配置)。使用 USB PD，最多可以提供100瓦的电力。

Thunderbolt 3兼容性：

USB4规范声明设计目标是“保持与现有的 USB 和 Thunderbolt 产品生态系统的兼容性

关于USB4雷电3兼容性需求说明，兼容性测试规范更多资料点击文章末链接获取详情

支持20 Gbps 与40 Gbps。USB个版本演变及相对应的logo

二：USB 4Dock方案介绍

本方案基于Intel® 8000 series – JHL8440 或Intel® 7000 serie – JHL7440 Thunderbolt Titan Ridge开发。原理大致是USB4和intel Thunderbolt协议相同，USB4兼容Thunderbolt3，Thunderbolt4向下兼容Thunderbolt3以及USB4。

Thunderbolt3，Thunderbolt4以及USB4功能速率对比：

市场优势：

市面上暂时还没有USB4的host芯片，预计在很长一段时间host芯片厂商不会推出USB4的host芯片。因为 Thunderbolt4向下兼容 Thunderbolt3以及USB4。而英特尔全新一代Tiger LakeCPU内置Thunderbolt 4接口，主机厂商可以在不增加控制芯片和协议芯片，不增加成本的前提下可以很容易的设计出支持Thunderbolt4接口的笔记本。

例如宏碁戴尔等新款支持USB4的电脑就是直接使用CPU内置的Thunderbolt4协议设计。apple最新款 M1芯片的Mac，iMac，Mac mini ，就是使用intelJHL8000 series 实现多路USB4输出。

我们方案也是使用英特尔Thunderbolt控制芯片设计从而实现兼容USB4接口，同时可以在Thunderbolt3，Thunderbolt4的设备上得到很好的兼容性。在USB4的电脑上可以跑出满速40Gbps的速率。

itan Ridge优点在于不需要每款产品都重新设计高速线路，只需要设计后端接口芯片部分电路从而实现USB4 Gen3X2 40G，Thunderbolt3和4高速扩展坞应用。

目前市场上暂时还没有USB4HUB芯片，使用本方案可以使您更快的设计出USB4扩展坞产品，在USB4时代先人一步抢占市场。

在市面上扩展坞方案趋于成熟，和同质化的时代，一款全新的产品会给您带来新的增长和契机！

我司还有更多Thunderbolt方案可提供欢迎各位OEM厂商和终端品牌客户致电咨询。

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方案参考框图：

后端HUB芯片,DP转HDMI芯片仅供参考，客户可以按照产品定义自行替换增加。

模块示意图：

方案特性：

支持USB4 接口设备，支持全功能USB3设备，支持 Thunderbolt 4设备，Thunderbolt 3设备。支持apple 全系列Mac （包括M1芯片产品），iMac，MacPro，Mac mini （包括新款M1芯片）
显示接最高支持DP 1.4 8K60;如使用DP转HDMI 2.1则最高支持8k HDMI;也可使用一分二视频芯片实现两路视频输出。
Type C Port A 支持 PD 60W 充电(5V/9V/15V/20V @3A)。
Type C Port B 支持PD 15W 充电(5V@3A)。在使用Thunderbolt设备时可作为显示输出端口，也可实现多设备级联，和英特尔菊花链功能（文章末尾附图2）
USB3.1 Gen 2 Type A supports 10GB/S and 5V@1.5A。
USB3.1 Gen 1 Type A supports 5GB/S and 5V@1.5A。
USB3.1 Gen 2 Type C supports 10GB/S and 5V@1.5A。
SD4.0(UHS-II)最高支持 280MB/S。
麦克风输入，音频输出接口。
网口支持10Mbps/100Mbps/1000Mbps/2.5Gbps

样板展示：

接口示意：

A. Type C 40Gbps x 2

B. Display Port 1.2 x 1

C. HDMI 2.0 x 1

D. USB3.1 Gen 2 10G Type A x 2

E. USB3.1 Gen 1 5G Type A x 1

F. USB3.1 Gen 2 10G Type C x 1

G. 10/100/1000M Ethernet x1

H. SD4.0(UHS-II) Card-Reader x1

I. Type C PD Power （可选用DC供电）

J. DC Stereo& MIC x1

三：参考资料

雷电3菊花链介绍：

关于于USB4雷电3兼容性需求说明，兼容性测试规范详细资料：

兼容性测试规范

USB4™ Thunderbolt3™ Compatibility Requirements Specification 4tm Thunderbolt3TM 兼容性软件需求说明

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