选择USB开关时需要考虑8个关键参数:
3dB带宽:3dB带宽一般指设备在可接受损耗下能够路由的最大频率信号。要使USB 3.0信号能够在5Gbps速率下理想工作,工作频率应大于2.5GHz。频率越高,系统性能越好。PerICom提供的USB 3.0开关,其3dB带宽高达10.6GHz。
导通电阻及Ron平整度:导通电阻(Ron)是漏极和源极之间开关闭合时的电阻。Ron应尽可能低,以在吞吐过程中做到几乎无能量损耗。Ron平整度是导通电阻在整个信号范围下的变化程度。Ron平整度定义为在指定模拟信号范围内,导通电阻的最大和最小测量值之差。Ron平整度与失真有关,因此它越低,失真越小。
插入损耗:插入损耗是衡量给定频率下功率损耗或信号衰减的指标。该指标以dB表示,大于1或2dB将使峰值信号电平衰减,增加上升时间和下降时间。Pericom USB 3.0开关的插入损耗在5GHz时为-1.3dB。
返回损耗:返回损耗一般是由于电路间的阻抗失配而导致的。返回损耗越低越好,具有较好返回损耗性能的开关能够确保开关的最优功率传输。Pericom的PI3USB304在2.5GHz下的返回损耗为-30dB。
关断隔离:关断隔离是关断状态下的开关从邻近导通状态下的开关捕获的噪声大小。在较高频率下(如5Gbps或2.5GHz的USB 3.0、8Gbps或4GHz的PCIe 3.0),隔离变得更加重要。较好的隔离可降低信号受其他通道信号的影响,维持被测信号的完整性,降低系统测量的不确定性。Pericom的PI3USB304在2.5GHz下的关断隔离为-26.7dB。
串扰:串扰是电路之间信号耦合的程度。串扰通常是由一个电路(电路的一部分或者通道)受另一个电路不期望的电容、电感或电导性耦合所引起的。较高的串扰会使信号劣化。PI3USB304在2.5GHz下的串扰为-38dB。
ESD保护:ESD保护是USB开关的一项重要功能。标准的USB开关设计成能承受高达±2kV的人体模型(HBM)放电。设计人员可在外部增加附加的ESD保护,但是这会牺牲宝贵的电路板面积,对输入/输出线路增加电容。因此,Pericom USB开关设计成能够承受高达±8kV的ESD。
过压保护:过压保护意味着确保开关能够承受模拟输入上超过电源的指定电压。Pericom的USB开关具有5V保护。
讨论完设计USB开关时应注意的功能和关键指标,这里再介绍一些USB3.0的具体应用。
在笔记本扩展底座应用中,USB 3.0开关可用于在笔记本USB端口和扩展底座USB连接器之间实现切换(图4)。在该应用中使用USB 3.0 ReDriver,还可帮助恢复PCB、线缆和连接器上的信号完整性问题。
WiFi内存是一种简单的无线设备,主要由三个简单模块组成:集成WiFi模块、MCU和内置内存(HDD)。WiFi内存采用USB 3.0开关,在HDD和通过WiFi模块或USB端口连接的设备之间传输数据(图7)。
KVM开关(KVM是“键盘、视频和鼠标”的缩写)是一种使用户能够通过USB接口,使用一个或多个键盘、视频监视器和鼠标控制多台计算机的硬件设备。USB开关使USB 3.0设备(键盘或鼠标)能够在两个USB主机系统中进行选择,或者在两个USB 3.0设备之间共享USB 3.0主机系统。
本文小结
针对3D摄像头和Type-C等应用中的信号完整性问题,Pericom公司提供了一系列有效的低功耗USB 3.0 ReDriver解决方案。Pericom超低功耗USB 3.0 ReDriver能够增强3D摄像头/Type-C应用的眼图余量;确保USB 3.0主机和设备之间的连接可靠,并具有低误码率。该器件已获USB 3.0 Compliance Committee/Workshop完全认证;能够恢复FR4走线、过孔、连接器、FPC线缆和外部USB 3.0线缆对信号的影响;并能在USB 3.0端点处补偿均衡损耗。
同时,Pericom公司提供了一系列的USB开关产品,包括1.8V和3.3V供电、2:1和4:1多路复用,以及USB 3.0和USB 2.0混合开关等多种类型。该公司提供的现成解决方案还能够帮助设计人员加快系统设计。
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