USB3.0：點(diǎn)燃2011消費電子新熱情

　　USB演進(jìn)

　　通用串行總線(xiàn)(USB，Universal Serial BUS)技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，在USB設計論壇(USB-IF)及相關(guān)廠(chǎng)商的大力推動(dòng)下，已經(jīng)成為名副其實(shí)應用最廣泛的外部數據傳輸總線(xiàn)標準，并且逐漸擴展到PC以外的諸多應用。全球有超過(guò)100億臺的計算機外設和消費電子產(chǎn)品支持USB連接端口作為其主要或唯一的傳輸接口，USB可說(shuō)是有史以來(lái)最成功的連接技術(shù)。更令人驚嘆的是，據估計，USB生態(tài)系統仍以每年30億臺的速度持續擴展，幾乎已將“即插即用”的簡(jiǎn)易性帶到每一臺電子設備中，為消費者提供開(kāi)箱即用的絕佳使用體驗。大眾所熟悉的USB接頭和線(xiàn)纜已被視為兼容性的象征，能為各種層面的用戶(hù)體驗創(chuàng )造一個(gè)無(wú)縫的、無(wú)所不在的連接世界。

　　隨著(zhù)用戶(hù)對數據傳輸速率需求不斷提升，USB2.0已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足多媒體應用對傳輸的需要，USB-IF在2008年11月推出全新超高速USB(SuperSpeed USB)標準，即USB3.0，旨在滿(mǎn)足富媒體和大型數字文件傳輸帶寬的要求。USB 3.0 規定的 5Gb/s 數據率和 200Mb/s 的數據吞吐率是 USB 2.0 的10倍。USB系統的演進(jìn)如圖1所示，USB3.0可以兼容原有各種USB傳輸標準，以及支持未來(lái)的光纖傳輸，如圖2 所示。

　　USB 3.0 的推出解決了 USB 2.0 一些性能瓶頸問(wèn)題。高速 USB 2.0 提供 480Mb/s 的數據率，但實(shí)際數據吞吐率往往受 I/O 性能限制而超不過(guò) 35MB/s。當下載較大文件時(shí)，較高的吞吐率能節省可觀(guān)的傳輸時(shí)間。USB 3.0 可提供高達 5Gb/s 的數據傳輸率和 200MB/s 以上的數據吞吐率，實(shí)際中的表現區別詳見(jiàn)表1。

　　全新特性

　　USB 2.0接口共有4條線(xiàn)路，其中兩條對應數據輸入輸出，另外兩條分別是供電和地線(xiàn)。USB 3.0在此基礎上增加了5個(gè)觸點(diǎn)，其中有四條線(xiàn)，兩條為數據輸出，兩條數據輸入，并且這四條線(xiàn)路可以實(shí)現雙向同時(shí)傳輸，即采用了對偶單純形四線(xiàn)制差分信號線(xiàn)。這樣整個(gè)配線(xiàn)系統總共就有 8 條線(xiàn)，4 條遵從 USB 2.0 規范和用于確保向后兼容性，新增的4 條線(xiàn)配置為專(zhuān)門(mén)用于 USB 3.0 通信的兩對線(xiàn)(如圖3)。它們采用全單工工作模式，一對線(xiàn)發(fā)送，另一對線(xiàn)接收。解決了USB 2.0的輸入輸出線(xiàn)路無(wú)法實(shí)現同時(shí)工作(即輸入信號時(shí)無(wú)法輸出的問(wèn)題)之后，USB3.0的雙向傳輸模式大大提高了傳輸速度。

　　SMSC計算與連接事業(yè)部門(mén)營(yíng)銷(xiāo)總監Mark Fu特別介紹道，USB 3.0在物理層、鏈接層以及協(xié)議層提供其它的優(yōu)點(diǎn)，這使它成為顯示應用的理想選擇。

　　在物理層，SuperSpeed USB的每比特位功率較USB 2.0為低，因此，其速度雖然增加了10倍，功耗增加卻很少。Super Speed信號為基于專(zhuān)用TX和RX差分信號對的雙單工(dual simplex)信號，因此總線(xiàn)不需要處理雙向流量。由于顯示器僅單純地接收信號，因此從USB 3.0主機端流向SuperSpeed USB顯示器的大量顯示數據不會(huì )影響反方向數據傳輸的性能。

　　在鏈接層，USB 3.0使用先進(jìn)編碼技術(shù)以達到10-20的誤碼率，因此可做為穩健且可靠的視頻傳輸總線(xiàn)。擴展到四個(gè)鏈接功耗狀態(tài)的電源管理提供了實(shí)現高效單位數據功耗的良好基礎。事實(shí)上，每個(gè)設備都能驅動(dòng)自己的鏈接狀態(tài)，以達到所需的功率特性。當某特定設備沒(méi)有待傳輸的數據時(shí)，此設備可將其鏈接設定在低功耗狀態(tài)，不會(huì )對其他設備造成影響。除了鏈接層，USB 3.0還進(jìn)一步采用了一個(gè)全局性的電源管理方案。它在物理層、鏈接層、協(xié)議層、主機端、集線(xiàn)器和設備端等所有層級中，都采取了省電技術(shù)，以提高整個(gè)系統的電源效率。在功耗盡可能降低的同時(shí)，每一個(gè)端口上USB 3.0線(xiàn)纜能獲得高達4.5瓦 (900 mA @ 5V)的功率，接近USB 2.0的 2.5瓦的兩倍。這有可能催生出總線(xiàn)供電的嶄新應用，也許利用單根USB線(xiàn)纜即可為臺式顯示器供電。更令人興奮的是，液晶面板技術(shù)的最新進(jìn)展亦同時(shí)集中在如何大幅降低功率上面。高功效的LED背光、亮度增強膜以及 場(chǎng)序制彩色(field sequential color )LCD技術(shù)等，都試圖把顯示器的功耗降低到可控水平，最終有望實(shí)現以單根USB纜線(xiàn)為顯示器供電的目標。這些技術(shù)的發(fā)展，將使USB顯示器成為與USB鼠標或閃存一樣普遍的應用。

　　與此同時(shí)，德州儀器亞洲區市場(chǎng)開(kāi)發(fā)高性能模擬產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理林士元強調，為了適應節能及待機功耗的新要求，USB3.0還引入了新的電源管理機制，支持待機、休眠和暫停等狀態(tài)。通過(guò)引入了能效更高的供電協(xié)議標準，放棄了設備輪詢(xún)模式，轉而采用中斷模式。通俗地說(shuō)，在USB 2.0模式下，即使連接的USB處于非活動(dòng)或待機狀態(tài)下，USB總線(xiàn)控制器仍然需要定期檢查該設備是否需要傳輸數據。而在USB 3.0模式下，設備待機時(shí)可完全切斷USB連接，需要恢復時(shí)會(huì )自行向控制器發(fā)送一個(gè)中斷信號，告知控制器開(kāi)始數據傳輸，這就使得待機設備無(wú)需耗電。