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具有成本效益的可靠的USB3.0系统设计

具有成本效益的可靠的USB3.0系统设计

点击数:7878 次   录入时间:03-04 11:59:12   整理:http://www.55dianzi.com   接口电路

  在每一个外接的连接器上都装一个接收用的转接驱动器,可以确保信号在进入和离开时都可以得到正确恢复。此外,如果也对传送出去的信号做调节处理,就算其它设备没有在接收器做信号调节,产品设计工程师也可以确保设备通过任何长度的线缆,并与其它设备互通。

  市面上的转接驱动器产品分单通道和双通道两种。双通道转接驱动器在接收和传送信号通道都具有信号调节的功能,因此可以确保与没有接收信号调节功能的低质量设备的连接。单通道转接驱动器具有可以分开调节接收和传送信号路径的灵活性。

  另一个使用转接驱动器产品时的特点是 电源 电压的灵活性。例如,服务器通常使用1.2V电压,而PC使用 3.3V 电压,一个可以选择前面任一个电压的转接驱动器产品可以满足两个市场,因此可以用更大的整体出货量来压低价格。,此外,其内置的LDO功能则可以节省一个外接的LDO元件。

  有关时钟和信号交换的问题

  USB 控制器芯片 、器件、终端设备、集线器和内置USB接口的处理器都需要一个准确可靠的时钟源。时钟信号在保持良好的SuperSpeed USB信号质量方面扮演着非常重要的角色,因为当时钟速度增加时,可用的抖动预算就减少了。

  把时钟技术看成一种陈旧的技术是一个常见误解。事实上,时钟技术(尤其是在高速度时)是极精密的技术。由于高速度时钟比较昂贵,比较节省成本的方法是把较低速度的时钟信号以数倍增加。但是,把低速度的时钟信号数倍增加到高速度时,所产生的抖动也会以同样倍数放大,从而占用了有限的信号裕度。产品设计师的挑战是平衡输入速度(等同价钱)和产生的抖动,因此 时钟缓冲器 只能容许非常低的抖动,这样当时钟信号倍增时,不会产生过大的抖动。

  同样,USB交换器必须提供平滑转换。比如,交换器可以减少扩展坞等实际应用中使用的信号接口,降低成本。通过保持低 电阻 和低阻抗,交换器可以保持低的输入信号损耗,不让信号的瑕疵反馈到发送器,从而保持信号完整性。

  使用USB管理智能以节省耗电

  许多消费型USB3.0终端设备使用 电池 ,因此USB3.0具有几个新的省电模式,包括闲置(idle)、睡眠和暂停(suspend)模式。产品设计师可以利用这些新功能,关闭转接驱动器信号 电路 以延长产品工作时间。

  USB接口是双通道,传送和接收通道可以单独 开关 。发送器的转接驱动器的 电源管 理 比较简单,当没有信号传送时可以直接进入睡眠模式。USB有热插拔的能力,管理接收器较为复杂,因为随时都有可能接收信号,转接驱动器必须具有支持复杂前端信号侦测能力的机制,才能保持器件的透明性。

  当有连接到其它设备时,转接驱动器可以更频繁地利用电气闲置阈值电压(eleCTRical idle threshold)来检查是否有信号传输。当信号在阈值电压下,表示没有信号输入,可以进入深层睡眠模式。这个阈值电压一般是100mV,但如果想要增加通过长距离线缆传送的低电压信号的敏感度,可以将它调节到更低的60mV。例如,数码电视的USB接口可能连接其它非常远的 电子 装置,因此需要较高的敏感度来侦测信号。服务器应用中的USB3.0接口,因为使用较长的PCB布线,比较低的阈值电压也是较好的选择。

  USB3.0

  熟悉PCI Express Gen 2的产品设计师,可能会比熟悉USB2.0更容易上手USB3.0设计,因为USB3.0和PCI Express Gen 2使用相似的链接初始化、封包结构和错误修复方式。此外,这两种通讯协议使用完全相同的发送和接收模块和单元,包括加扰码、8b/10b编码、串行器/解串器等。

  USB3.0和PCI Express Gen 2的相似之处会大大减少PCI Express Gen 2的应用,特别是因为USB3.0的信号传输量和不需要再次转译通讯协议到USB的特性。举例来说,USB3.0已经设计在扩充坞里,因为USB3.0不像PCI Express Gen 2信号需要再次转换(需要使用HBA 或是PCI-USB控制器)。使用USB3.0扩充坞就将有集线器扇出信号的功能,因此可简化整体架构并且减少成本。

  USB是当今最普遍的消费电子产品通讯协议,与PCI Express相比占有强大的优势。因为USB3.0连接器和控制器必须向下支持USB2.0设备,从PCI Express Gen 2平台转向USB3.0的供应商可以立即进入这个庞大的市场。向下支持USB2.0协仪的确增加了设计USB3.0产品的难度,但由于USB2.0和USB3.0共享连接器,所以大多数难题都在芯片设计当中。

  PCI Express Gen 2仍然在明确的芯片外接口占有一席之地,包括处理器的内部 总线 接口和其它的服务器、储存、嵌入式应用等。当然,这现存的优势的前提是PCI Express Gen 2仍是主要的内置接口。

  预计USB3.0将和其它新的和旧的接口规格竞争,如HDMI、DisplayPort、PCI Express、DVI等连接监视器的接口。USB3.0有高的通道宽度和低的价格,当集成至芯片组之后,没有理由不会用来连接监视器。USB3.0不会完全取代HDMI和DisplayPort通讯协议,因为它们各自都有增加自己的应用范围。比如,HDMI因为具有反向通道能力而在 监控摄像机 市场具有影响力。但能预期的是,USB3.0将蚕食那些正在使用至少一个USB接口的其它通讯协议应用的市场占有率。

  USB3.0在很多方面会改变电子市场的现状,但为要达到高性能和稳定性,必须使用信号调节产品来补偿PCB、连接器、以及最重要的线缆信号损耗。消费应用无法接受用来保持信号完整性的高价的高速度元件,但也不能忍受信号完整性问题带来的应用性能和可靠性下降。如果在发送器和接收器端使用转接驱动器恢复信号质量,工程师可以保持良好的信号裕度,以便用更长的线缆,或使PCB布线有更高的灵活性。他们也将确保产品的设计不仅可以通过严格的USB3.0认证测试,也可以使用低质量的线缆并与其它USB3.0设备具有很好的互操作性。



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