1 USB3.0十倍速的技術(shù)關(guān)鍵
第三代通用序列傳輸口(USB3.0)承襲USB的便利性及多樣性,,一舉將傳輸速度提升十倍,,且保有對于現(xiàn)存USB裝置的向下相容性,預(yù)期將迅速普及于個人電腦,,消費電子,,通訊等各式應(yīng)用。現(xiàn)有的USB2.0纜線及連接器提供了四條信號線,,包含VBus5V500mA直流供電,,一對DP/DM半雙工雙向差分信號線,以及GND接地,,以此四條接線提供了USB2.0的480Mbps的資料傳輸,,及直流供電。USB3.0為了提供高達(dá)5Gbps的資料傳輸率,,額外增加五條訊號線,,包括兩對單向傳輸?shù)某咚伲⊿uperSpeed)差分訊號:SSTX+,SSTX-,SSRX+,SSRX-,及多一組的接地接點,,并將直流供電能力提升至5V900mA,。其中的兩對差分訊號分別負(fù)責(zé)傳輸及接收,,提供雙向全雙工的5Gbps的傳輸能力,。
圖1:USB3.0連接器,,后排的USB3.0SuperSpeed信號接點。
圖2:USB3.0纜線示意圖,,藍(lán)色部分為SuperSpeed5Gbps信號,。
2 SuperSpeed5Gbps信號品質(zhì)的系統(tǒng)設(shè)計及量測挑戰(zhàn)
USB3.0SuperSpeed位元傳輸率高達(dá)5Gbps,且采用開放式接口,,信號品質(zhì)將直接影響裝置相容性及傳輸效率,,與使用者體驗息息相關(guān)。主控芯片,、印刷電路板,、連接器、纜線甚至裝置端芯片組,,都是影響信號品質(zhì)的關(guān)鍵,。對于芯片廠商的類比傳輸設(shè)計能力,半導(dǎo)體制程變異,,系統(tǒng)廠商的印刷電路設(shè)計布局都是全新的考驗,。不同于USB2.0的經(jīng)驗,信號品質(zhì)的參考指標(biāo)將不再只是傳輸端的眼圖(Eyediagram),。USB3.0獨立的傳輸及接收通道,,系統(tǒng)接收能力也成為信號品質(zhì)及系統(tǒng)設(shè)計的重要量測指標(biāo)。接收端量測主要考驗待測物對不同頻率的時基誤差容忍能力,。容忍能力越強(qiáng)的芯片,,代表其系統(tǒng)設(shè)計可較寬松,可使用較長的信號走線,,也有較佳的裝置相容性,。
圖3:USB3.0SuperSpeed傳輸端信號量測眼圖(Eyediagram)
圖4:USB3.0接收量測結(jié)果。橫軸為時基誤差的頻率,,縱軸為時基誤差的振幅,。綠點表示位元錯誤率低于10-12的測試基準(zhǔn)點。黑線為測試基準(zhǔn)規(guī)范,。
3 主機(jī)板及筆電的延伸設(shè)計
在USB2.0相當(dāng)普遍的前端連接口,,以內(nèi)連接的方式連接主機(jī)板及主機(jī)外箱,提供使用者方便順手的熱插拔應(yīng)用,。USB3.0連接口勢必也將導(dǎo)入前板連接口的設(shè)計,,額外的連接器及內(nèi)部連接線,對于信號品質(zhì)又是外加的考驗,。
圖5:USB3.0內(nèi)部連接口針腳定義,。
此外在筆電設(shè)計中,,普遍使用軟排線連接不同的子板,以配合輕薄的外型及機(jī)構(gòu)設(shè)計,。軟排線的阻抗控制,,軟排線連接器的信號連續(xù)性,都不如印刷電路板及標(biāo)準(zhǔn)連接頭容易控制,。這些都將是未來筆記型電腦中USB3.0連接口的設(shè)計挑戰(zhàn),。如何在不使用信號調(diào)整器(re-driver)的額外成本下,導(dǎo)入前板及軟排線等系統(tǒng)設(shè)計,,又維持良好的5Gbps信號品質(zhì),,成為重要的元件選擇關(guān)鍵。
圖6:USB3.0內(nèi)部連接口及連接線
美商睿思科技的USB3.0主端控制芯片F(xiàn)L1009,,因應(yīng)前述不同系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn),,整合高效能類比實體設(shè)計,完整驗證不同系統(tǒng)設(shè)計需求,。包含可容許長達(dá)23公分(9英寸)的線路布局長度,,釋放系統(tǒng)設(shè)計在線路布局(layout)上的局限性,并允許長至45公分的前板USB3.0額外接線,,且不需額外re-driver的成本,,使系統(tǒng)商與板卡商得以創(chuàng)造最高性能的產(chǎn)品,并有效減少設(shè)計時間與成本,。除此之外,,F(xiàn)L1009也是全球第一顆支持xHCI1.0的SuperSpeedUSB主控端芯片,提供超高效能及絕佳相容性,。