新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 解析USB3.0系統(tǒng)可靠性

解析USB3.0系統(tǒng)可靠性

作者: 時(shí)間:2013-08-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

相反,如果信號(hào)的路徑靜止不變,轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器就不需要使用再適應(yīng)功能。在這種環(huán)境中,例如從來不需要移除任何線纜的服務(wù)器中,再適應(yīng)功能有可能造成負(fù)面影響。在一個(gè)類似這種穩(wěn)定的應(yīng)用中,可配置的信號(hào)均衡功能是最好的選擇。

表1:滿足規(guī)范的最大線纜長度

  3 高信號(hào)質(zhì)量推動(dòng)成本的降低

  轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器在接收器增加6dB的信號(hào)均衡度,可以大幅增加信號(hào)在SDP線纜的傳送距離,因此可以幫助解決線纜方面的困擾。如果在發(fā)送器也放置轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器,總共可以增加12dB的信號(hào)均衡度,可以確保信號(hào)在超過3米的34AWG線纜中傳送,并通過認(rèn)證測(cè)試(表1)。

  增加信號(hào)均衡度可以讓信號(hào)在較長且便宜的線纜中傳送,可以讓消費(fèi)者使用低價(jià)、有彈性、美觀和較細(xì)的線纜,而無需為減少信號(hào)損耗而購買較粗且昂貴的高質(zhì)量線纜。因此,如果考慮線纜的成本,使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器不但可確保產(chǎn)品按照預(yù)期工作,還可以降低產(chǎn)品的整體成本。雖然使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器會(huì)增加一個(gè)板上元件,但轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器只占極小的PCB面積(4平方毫米),這在便攜式設(shè)備中非常重要。

  靜電釋放(ESD)是使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)考慮。為降低系統(tǒng)的成本,USB接口很有可能被集成到主要的芯片組中,這樣不但USB接口控制器件對(duì)ESD沒有防備,而且整個(gè)芯片組都有可能被損壞,造成整個(gè)系統(tǒng)無法使用。因?yàn)檗D(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器芯片位于連接器與發(fā)送器/接收器之間,所以可以隔絕內(nèi)置USB接口的芯片組。如果有ESD事件發(fā)生,轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器可以保護(hù)系統(tǒng)的控制芯片,在最壞的情況下只損失單個(gè)USB接口,讓系統(tǒng)的其他功能正常工作。

  轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器必須有認(rèn)知通訊協(xié)議的能力才能高效率地發(fā)揮信號(hào)平衡功能。由于轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器沒有設(shè)備身份識(shí)別ID,所以無法像USB終端設(shè)備一樣中止信息傳遞。如果轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器可以辨識(shí)通訊協(xié)議,便可支持接收器偵測(cè)和電氣閑置等功能,而不僅是回復(fù)和傳送信號(hào)。理想情況下,轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器將支持規(guī)范定義的連續(xù)時(shí)間線性均衡技術(shù),該技術(shù)與發(fā)送器期望遠(yuǎn)端終端設(shè)備用來均衡信號(hào)的技術(shù)是相同的。最后,轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器必須在不被察覺的情況下工作,否則轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器之后的根設(shè)備(root device)將不會(huì)被辨認(rèn),即使這種情況在實(shí)驗(yàn)室中可以工作,但在實(shí)際應(yīng)用中則不行。

  4 雙向信號(hào)調(diào)節(jié)

  實(shí)現(xiàn)消費(fèi)應(yīng)用是使用者期待的價(jià)格于USB2.0一樣。USB2.0的一個(gè)重要設(shè)計(jì)考慮是能以很便宜的價(jià)格進(jìn)行生產(chǎn),因此許多制造廠商會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為可以用同樣的方式生產(chǎn)USB3.0設(shè)備。此外,必須降低成本的壓力將使制造商考慮使用低質(zhì)量線纜,或是讓接收器解決信號(hào)調(diào)節(jié)問題等快捷方式。因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)低價(jià)的集線器和周邊設(shè)備的期待,將有制造商生產(chǎn)這些產(chǎn)品,并且使用高質(zhì)量的線纜達(dá)到通過認(rèn)證測(cè)試所需要的結(jié)果。但是,一般的使用者卻希望使用任何的USB線纜,系統(tǒng)都能穩(wěn)定工作。

  在這種情況下,有責(zé)任心的制造廠商不得不面對(duì)市場(chǎng)上充斥著次級(jí)產(chǎn)品的問題:這些產(chǎn)品有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì),但是當(dāng)連接到只有接收器有信號(hào)調(diào)節(jié)功能的設(shè)備時(shí),可能不能穩(wěn)定地工作。也就是說,這些設(shè)備可以穩(wěn)定地接收信號(hào),但是當(dāng)向這些次級(jí)產(chǎn)品傳送信號(hào)時(shí)卻出現(xiàn)性能明顯降低甚至出錯(cuò)。舉例來說,一個(gè)外接硬盤因?yàn)椴涣嫉男盘?hào)質(zhì)量,不斷發(fā)出接收器錯(cuò)誤的信息,使用者會(huì)認(rèn)為這是硬盤的問題,而不是用在其它產(chǎn)品時(shí)看起來沒有問題的低質(zhì)量線纜或是集線器設(shè)備的問題,這將導(dǎo)致退貨增加,損失贏利。

  在每一個(gè)外接的連接器上都裝一個(gè)接收用的轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器,可以確保信號(hào)在進(jìn)入和離開時(shí)都可以得到正確恢復(fù)。此外,如果也對(duì)傳送出去的信號(hào)做調(diào)節(jié)處理,就算其它設(shè)備沒有在接收器做信號(hào)調(diào)節(jié),產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師也可以確保設(shè)備通過任何長度的線纜,并與其它設(shè)備互通。

  市面上的轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品分單通道和雙通道兩種。雙通道轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器在接收和傳送信號(hào)通道都具有信號(hào)調(diào)節(jié)的功能,因此可以確保與沒有接收信號(hào)調(diào)節(jié)功能的低質(zhì)量設(shè)備的連接。單通道轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器具有可以分開調(diào)節(jié)接收和傳送信號(hào)路徑的靈活性。

  另一個(gè)使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品時(shí)的特點(diǎn)是電源電壓的靈活性。例如,服務(wù)器通常使用1.2V電壓,而PC使用3.3V電壓,一個(gè)可以選擇前面任一個(gè)電壓的轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品可以滿足兩個(gè)市場(chǎng),因此可以用更大的整體出貨量來壓低價(jià)格。,此外,其內(nèi)置的LDO功能則可以節(jié)省一個(gè)外接的LDO元件。

  5 有關(guān)時(shí)鐘和信號(hào)交換的問題

  USB控制器芯片、器件、終端設(shè)備、集線器和內(nèi)置USB接口的處理器都需要一個(gè)準(zhǔn)確可靠的時(shí)鐘源。時(shí)鐘信號(hào)在保持良好的SuperSpeed USB信號(hào)質(zhì)量方面扮演著非常重要的角色,因?yàn)楫?dāng)時(shí)鐘速度增加時(shí),可用的抖動(dòng)預(yù)算就減少了。

  把時(shí)鐘技術(shù)看成一種陳舊的技術(shù)是一個(gè)常見誤解。事實(shí)上,時(shí)鐘技術(shù)(尤其是在高速度時(shí))是極精密的技術(shù)。由于高速度時(shí)鐘比較昂貴,比較節(jié)省成本的方法是把較低速度的時(shí)鐘信號(hào)以數(shù)倍增加。但是,把低速度的時(shí)鐘信號(hào)數(shù)倍增加到高速度時(shí),所產(chǎn)生的抖動(dòng)也會(huì)以同樣倍數(shù)放大,從而占用了有限的信號(hào)裕度。產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的挑戰(zhàn)是平衡輸入速度(等同價(jià)錢)和產(chǎn)生的抖動(dòng),因此時(shí)鐘緩沖器只能容許非常低的抖動(dòng),這樣當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)倍增時(shí),不會(huì)產(chǎn)生過大的抖動(dòng)。

  同樣,USB交換器必須提供平滑轉(zhuǎn)換。比如,交換器可以減少擴(kuò)展塢等實(shí)際應(yīng)用中使用的信號(hào)接口,降低成本。通過保持低電阻和低阻抗,交換器可以保持低的輸入信號(hào)損耗,不讓信號(hào)的瑕疵反饋到發(fā)送器,從而保持信號(hào)完整性。

  6 使用USB管理智能以節(jié)省耗電

  許多消費(fèi)型USB3.0終端設(shè)備使用電池,因此USB3.0具有幾個(gè)新的省電模式,包括閑置(idle)、睡眠和暫停(suspend)模式。產(chǎn)品設(shè)計(jì)師可以利用這些新功能,關(guān)閉轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器信號(hào)電路以延長產(chǎn)品工作時(shí)間。

  USB接口是雙通道,傳送和接收通道可以單獨(dú)開關(guān)。發(fā)送器的轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器的電源管理比較簡單,當(dāng)沒有信號(hào)傳送時(shí)可以直接進(jìn)入睡眠模式。USB有熱插拔的能力,管理接收器較為復(fù)雜,因?yàn)殡S時(shí)都有可能接收信號(hào),轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器必須具有支持復(fù)雜前端信號(hào)偵測(cè)能力的機(jī)制,才能保持器件的透明性。

  當(dāng)有連接到其它設(shè)備時(shí),轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器可以更頻繁地利用電氣閑置閾值電壓(electrical idle threshold)來檢查是否有信號(hào)傳輸。當(dāng)信號(hào)在閾值電壓下,表示沒有信號(hào)輸入,可以進(jìn)入深層睡眠模式。這個(gè)閾值電壓一般是100mV,但如果想要增加通過長距離線纜傳送的低電壓信號(hào)的敏感度,可以將它調(diào)節(jié)到更低的60mV。例如,數(shù)碼電視的USB接口可能連接其它非常遠(yuǎn)的電子裝置,因此需要較高的敏感度來偵測(cè)信號(hào)。服務(wù)器應(yīng)用中的USB3.0接口,因?yàn)槭褂幂^長的PCB布線,比較低的閾值電壓也是較好的選擇。

  7 USB3.0

  熟悉PCI Express Gen 2的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師,可能會(huì)比熟悉USB2.0更容易上手USB3.0設(shè)計(jì),因?yàn)閁SB3.0和PCI Express Gen 2使用相似的鏈接初始化、封包結(jié)構(gòu)和錯(cuò)誤修復(fù)方式。此外,這兩種通訊協(xié)議使用完全相同的發(fā)送和接收模塊和單元,包括加擾碼、8b/10b編碼、串行器/解串器等。

  USB3.0和PCI Express Gen 2的相似之處會(huì)大大減少PCI Express Gen 2的應(yīng)用,特別是因?yàn)閁SB3.0的信號(hào)傳輸量和不需要再次轉(zhuǎn)譯通訊協(xié)議到USB的特性。舉例來說,USB3.0已經(jīng)設(shè)計(jì)在擴(kuò)充塢里,因?yàn)閁SB3.0不像PCI Express Gen 2信號(hào)需要再次轉(zhuǎn)換(需要使用HBA 或是PCI-USB控制器)。使用USB3.0擴(kuò)充塢就將有集線器扇出信號(hào)的功能,因此可簡化整體架構(gòu)并且減少成本。

  USB是當(dāng)今最普遍的消費(fèi)電子產(chǎn)品通訊協(xié)議,與PCI Express相比占有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)閁SB3.0連接器和控制器必須向下支持USB2.0設(shè)備,從PCI Express Gen 2平臺(tái)轉(zhuǎn)向USB3.0的供應(yīng)商可以立即進(jìn)入這個(gè)龐大的市場(chǎng)。向下支持USB2.0協(xié)儀的確增加了設(shè)計(jì)USB3.0產(chǎn)品的難度,但由于USB2.0和USB3.0共享連接器,所以大多數(shù)難題都在芯片設(shè)計(jì)當(dāng)中。

  PCI Express Gen 2仍然在明確的芯片外接口占有一席之地,包括處理器的內(nèi)部總線接口和其它的服務(wù)器、儲(chǔ)存、嵌入式應(yīng)用等。當(dāng)然,這現(xiàn)存的優(yōu)勢(shì)的前提是PCI Express Gen 2仍是主要的內(nèi)置接口。

  預(yù)計(jì)USB3.0將和其它新的和舊的接口規(guī)格競爭,如HDMI、DisplayPort、PCI Express、DVI等連接監(jiān)視器的接口。USB3.0有高的通道寬度和低的價(jià)格,當(dāng)集成至芯片組之后,沒有理由不會(huì)用來連接監(jiān)視器。USB3.0不會(huì)完全取代HDMI和DisplayPort通訊協(xié)議,因?yàn)樗鼈兏髯远加性黾幼约旱膽?yīng)用范圍。比如,HDMI因?yàn)榫哂蟹聪蛲ǖ滥芰Χ诒O(jiān)控?cái)z像機(jī)市場(chǎng)具有影響力。但能預(yù)期的是,USB3.0將蠶食那些正在使用至少一個(gè)USB接口的其它通訊協(xié)議應(yīng)用的市場(chǎng)占有率。

  8 結(jié)語

  USB3.0在很多方面會(huì)改變電子市場(chǎng)的現(xiàn)狀,但為要達(dá)到高性能和穩(wěn)定性,必須使用信號(hào)調(diào)節(jié)產(chǎn)品來補(bǔ)償PCB、連接器、以及最重要的線纜信號(hào)損耗。消費(fèi)應(yīng)用無法接受用來保持信號(hào)完整性的高價(jià)的高速度元件,但也不能忍受信號(hào)完整性問題帶來的應(yīng)用性能和可靠性下降。如果在發(fā)送器和接收器端使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器恢復(fù)信號(hào)質(zhì)量,工程師可以保持良好的信號(hào)裕度,以便用更長的線纜,或使PCB布線有更高的靈活性。他們也將確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不僅可以通過嚴(yán)格的USB3.0認(rèn)證測(cè)試,也可以使用低質(zhì)量的線纜并與其它USB3.0設(shè)備具有很好的互操作性。

pid控制相關(guān)文章:pid控制原理



上一頁 1 2 下一頁

評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉