超高速USB 3.0存儲端設(shè)計三大注意點

USB接口原本就是目前世界上應(yīng)用最廣泛的接口，以及人們對于10倍速傳輸速率的需求，造就了近一年來備受矚目的焦點技術(shù)之一“超高速USB 3.0”。

　　在高清畫質(zhì)與藍光的普及下，USB 3.0大幅減少了檔案傳輸?shù)牡却龝r間。USB 3.0具有向下兼容與超高速兩大優(yōu)勢，在系統(tǒng)商與芯片廠商的合作下，我們相信該技術(shù)一定會迅速普及。正是由于USB 3.0改變了對傳統(tǒng)USB速度較慢的看法，祥碩科技將與大家分享關(guān)于USB 3.0存儲端設(shè)計應(yīng)注意的事項。

　　首先，由于祥碩科技提供的產(chǎn)品是屬于高速的產(chǎn)品，以目前市場上效能最高的產(chǎn)品ASM1051E為例，主要對外的兩個接口分別為USB 3.0端與SATA 6G端，根據(jù)目前客戶端量產(chǎn)狀況，成功設(shè)計USB 3.0模塊主要有三個要點。

　　保持高速信號的完整性

　　信號的質(zhì)量關(guān)系到數(shù)據(jù)的傳輸是否完整或U盤的可靠性。根據(jù)信號完整性制定出電路板的設(shè)計規(guī)范及組件的擺放位置，差動傳輸線阻抗控制，減少阻抗在電路板上所造成的不連續(xù)，而引起的信號多重反射及損失，干擾控制與抑制等，確保符合USBIF兼容測量結(jié)果。

　　USB 3.0設(shè)計建議如下：差動特征阻抗為85Ω。印刷電路板的貫孔不能多于二個，以減少信號的衰減。一個信號的貫孔約增加1dB的損失。差動信號長度不超過1.5英寸，預(yù)防主控端印刷電路板可能導(dǎo)致的信號損失及USB 3.0連接器與電纜的良莠不齊，以達到最佳的效能。差動信號之間的間距最好多加地信號，以減少信號之間的干擾，如信號旁邊為頻率信號或是切換式電源信號，即再加大3～4倍的間距。在信號交流耦合電容選用0402大小封裝及NPO或是X7R材質(zhì)，且擺放至接近連接器的位置。如有ESD及EMI組件的選用及擺放，則將組件位置也放在接近連接器的位置，建議的順序為“連接器、ESD、EMI、交流耦合電容、ASM1051E”，注意ESD及EMI的零件選用都要能夠符合要求，差動特征阻抗及信號損失非常低。

　　圖1：USB 3.0的眼圖。

　　SATA 6G設(shè)計建議如下：除了差動特征阻抗為90Ω及長度要求可放寬至2.5英寸之外，其它則與USB 3.0上的建議是相同的。

　　圖2：ASTA 6G的眼圖。

　　電源及導(dǎo)熱管理

　　在新的USB 3.0系統(tǒng)設(shè)計上，由于高速傳輸?shù)年P(guān)系，其瞬間耗電量較USB 2.0更大，如何能平均傳導(dǎo)熱能，除了需慎重選擇芯片廠商外，在模塊的設(shè)計上也有其需要加強之處。

　　設(shè)計建議如下：最好使用線性穩(wěn)壓器(LDO)，以減少切換式電源噪聲干擾及EMI問題，但相對會有轉(zhuǎn)換效率較差的問題及散熱需要考慮；電源穩(wěn)壓電容請參照廠商的設(shè)計建議，芯片旁的穩(wěn)壓電容只需要選用0402大小封裝的0.1μF；ASM1051E已內(nèi)置一組線性穩(wěn)壓器，采用QFN封裝，熱阻較小，有利于散熱，印刷電路板上散熱貫孔的安排，零件層上銅箔裸露均利于將熱傳導(dǎo)至印刷電路板上；注意設(shè)計應(yīng)在不影響量產(chǎn)組裝的前提下實行。

　　整體BOM成本

　　設(shè)計建議如下：使用線性穩(wěn)壓器；二層印刷電路板即可達到預(yù)定的效能；使用普通SATA 1.5G/3Gbps的連接器即能實現(xiàn)6Gbps的效能；單面打件。

　　除了芯片及USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)連接器之外，所有零件包括二層的PCB板都與USB 2.0時相同。

　　由于USB 3.0是比傳統(tǒng)USB 2.0速度高出數(shù)倍的產(chǎn)品，在固件、主控端芯片、線纜、接口等方面都有可能因為信號的微小差異而導(dǎo)致不兼容的結(jié)果。其系統(tǒng)設(shè)計思維也與2.0大不相同，如何兼顧信號質(zhì)量與成本將會是研發(fā)人員的一大考驗。希望大家能由本文中獲得一些設(shè)計的新思維，早日推出USB 3.0產(chǎn)品。