低價(jià)位USB3.0系統的可靠性設計方案

　　在設備需要經(jīng)常被連接和移除的消費應用中，自適應信號均衡功能有最好的效果，因為使用不同長(cháng)度的線(xiàn)纜加上可以插拔的周邊設備內部的信號布線(xiàn)，使整體的信號通路可隨時(shí)改變。例如，針對3米線(xiàn)纜優(yōu)化的信號均衡參數，應用在沒(méi)有線(xiàn)纜的USB移動(dòng)存儲上時(shí)會(huì )損害信號的完整性。轉接驅動(dòng)器通過(guò)持續的再適應(retraining)可以確保針對真正的信號路徑進(jìn)行最佳化的調節。

　　相反，如果信號的路徑靜止不變，轉接驅動(dòng)器就不需要使用再適應功能。在這種環(huán)境中，例如從來(lái)不需要移除任何線(xiàn)纜的服務(wù)器中，再適應功能有可能造成負面影響。在一個(gè)類(lèi)似這種穩定的應用中，可配置的信號均衡功能是最好的選擇。

　　表1：滿(mǎn)足USB3.0規范的最大線(xiàn)纜長(cháng)度。

　　高信號質(zhì)量推動(dòng)成本的降低

　　轉接驅動(dòng)器在接收器增加6dB的信號均衡度，可以大幅增加信號在SDP線(xiàn)纜的傳送距離，因此可以幫助解決線(xiàn)纜方面的困擾。如果在發(fā)送器也放置轉接驅動(dòng)器，總共可以增加12dB的信號均衡度，可以確保信號在超過(guò)3米的34AWG線(xiàn)纜中傳送，并通過(guò)認證測試(表1)。

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

　　靜電釋放(ESD)是使用轉接驅動(dòng)器的另一個(gè)考慮。為降低系統的成本，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ESD沒(méi)有防備，而且整個(gè)芯片組都有可能被損壞，造成整個(gè)系統無(wú)法使用。因為轉接驅動(dòng)器芯片位于連接器與發(fā)送器/接收器之間，所以可以隔絕內置USB接口的芯片組。如果有ESD事件發(fā)生，轉接驅動(dòng)器可以保護系統的控制芯片，在最壞的情況下只損失單個(gè)USB接口，讓系統的其他功能正常工作。

　　轉接驅動(dòng)器必須有認知通訊協(xié)議的能力才能高效率地發(fā)揮信號平衡功能。由于轉接驅動(dòng)器沒(méi)有設備身份識別ID，所以無(wú)法像USB終端設備一樣中止信息傳遞。如果轉接驅動(dòng)器可以辨識通訊協(xié)議，便可支持接收器偵測和電氣閑置等功能，而不僅是回復和傳送信號。理想情況下，轉接驅動(dòng)器將支持USB3.0規范定義的連續時(shí)間線(xiàn)性均衡技術(shù)，該技術(shù)與發(fā)送器期望遠端終端設備用來(lái)均衡信號的技術(shù)是相同的。最后，轉接驅動(dòng)器必須在不被察覺(jué)的情況下工作，否則轉接驅動(dòng)器之后的根設備(root device)將不會(huì )被辨認，即使這種情況在實(shí)驗室中可以工作，但在實(shí)際應用中則不行。

　　雙向信號調節

　　實(shí)現消費應用是使用者期待USB3.0的價(jià)格于USB2.0一樣。USB2.0的一個(gè)重要設計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(chǎng)商會(huì )錯誤地認為可以用同樣的方式生產(chǎn)USB3.0設備。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(xiàn)纜，或是讓接收器解決信號調節問(wèn)題等快捷方式。因為市場(chǎng)對低價(jià)的集線(xiàn)器和周邊設備的期待，將有制造商生產(chǎn)這些產(chǎn)品，并且使用高質(zhì)量的線(xiàn)纜達到通過(guò)認證測試所需要的結果。但是，一般的使用者卻希望使用任何的USB線(xiàn)纜，系統都能穩定工作。

　　在這種情況下，有責任心的制造廠(chǎng)商不得不面對市場(chǎng)上充斥著(zhù)次級產(chǎn)品的問(wèn)題：這些產(chǎn)品有價(jià)格上的優(yōu)勢，但是當連接到只有接收器有信號調節功能的設備時(shí)，可能不能穩定地工作。也就是說(shuō)，這些設備可以穩定地接收信號，但是當向這些次級產(chǎn)品傳送信號時(shí)卻出現性能明顯降低甚至出錯。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)外接硬盤(pán)因為不良的信號質(zhì)量，不斷發(fā)出接收器錯誤的信息，使用者會(huì )認為這是硬盤(pán)的問(wèn)題，而不是用在其它產(chǎn)品時(shí)看起來(lái)沒(méi)有問(wèn)題的低質(zhì)量線(xiàn)纜或是集線(xiàn)器設備的問(wèn)題，這將導致退貨增加，損失贏(yíng)利。

　　在每一個(gè)外接的連接器上都裝一個(gè)接收用的轉接驅動(dòng)器，可以確保信號在進(jìn)入和離開(kāi)時(shí)都可以得到正確恢復。此外，如果也對傳送出去的信號做調節處理，就算其它設備沒(méi)有在接收器做信號調節，產(chǎn)品設計工程師也可以確保設備通過(guò)任何長(cháng)度的線(xiàn)纜，并與其它設備互通。

　　市面上的轉接驅動(dòng)器產(chǎn)品分單通道和雙通道兩種。雙通道轉接驅動(dòng)器在接收和傳送信號通道都具有信號調節的功能，因此可以確保與沒(méi)有接收信號調節功能的低質(zhì)量設備的連接。單通道轉接驅動(dòng)器具有可以分開(kāi)調節接收和傳送信號路徑的靈活性。

　　另一個(gè)使用轉接驅動(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)電壓的轉接驅動(dòng)器產(chǎn)品可以滿(mǎn)足兩個(gè)市場(chǎng)，因此可以用更大的整體出貨量來(lái)壓低價(jià)格。，此外，其內置的LDO功能則可以節省一個(gè)外接的LDO元件。

　　有關(guān)時(shí)鐘和信號交換的問(wèn)題

　　USB控制器芯片、器件、終端設備、集線(xiàn)器和內置USB接口的處理器都需要一個(gè)準確可靠的時(shí)鐘源。時(shí)鐘信號在保持良好的SuperSpeed USB信號質(zhì)量方面扮演著(zhù)非常重要的角色，因為當時(shí)鐘速度增加時(shí)，可用的抖動(dòng)預算就減少了。

　　把時(shí)鐘技術(shù)看成一種陳舊的技術(shù)是一個(gè)常見(jiàn)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，比較節省成本的方法是把較低速度的時(shí)鐘信號以數倍增加。但是，把低速度的時(shí)鐘信號數倍增加到高速度時(shí)，所產(chǎn)生的抖動(dòng)也會(huì )以同樣倍數放大，從而占用了有限的信號裕度。產(chǎn)品設計師的挑戰是平衡輸入速度(等同價(jià)錢(qián))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)，這樣當時(shí)鐘信號倍增時(shí)，不會(huì )產(chǎn)生過(guò)大的抖動(dòng)。

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