USB 3.0時(shí)代如何為接口提速?

　　USB 3.0電源管理模塊（U3PWE）負責處理PowerDown模式以及發(fā)送和偵測LFPS信號的類(lèi)型?；贚TSSM的狀態(tài)，U3PWE將會(huì )依照PIPE的規范來(lái)控制PowerDown模式。電源管理模塊工作在aux_clk時(shí)鐘域，該時(shí)鐘域在cclk和low_power_clk等兩個(gè)時(shí)鐘域間切換。在一般模式下，aux_clk就是cclk；在U3/Disabled模式下，aux_clk會(huì )被切換到low_power_clk以達到節省功耗的目的。

　　USB3.0產(chǎn)品的PCB布線(xiàn)設計

　　為維持USB 3.0 5Gbps超高速信號傳輸的信號完整性，在PCB設計考慮時(shí)，需要確保特性阻抗的匹配，并采取抑制信號衰減的對策。特性阻抗的整合重點(diǎn)是配線(xiàn)幅度與配線(xiàn)間隔的調整以及通孔的設計；而信號衰減控制所涉及的領(lǐng)域，除了USB 3.0物理層傳輸電路與接收電路的設計之外，還需要注意PCB的設計。

　　一般消費類(lèi)產(chǎn)品在進(jìn)行PCB材料的選擇時(shí)，基于成本考慮因素會(huì )選擇普通的FR-4 多層板來(lái)設計，PCB 板廠(chǎng)商制造時(shí)會(huì )有±10%的誤差變化。這也是為何需要將差分信號線(xiàn)盡可能靠近的原因。同時(shí)，不同的PCB電路板材質(zhì)會(huì )有不同的介電常數，建議在預布線(xiàn)時(shí)與PCB板制造商討論PCB Stack-Up堆棧結構的設計，以符合高速線(xiàn)路阻抗控制條件。在實(shí)際設計時(shí)，建議可以通過(guò)調整走線(xiàn)寬度（Trace Width）來(lái)改變Z Diff，不建議調整線(xiàn)距S。通常，PCB線(xiàn)路板供應商會(huì )提供線(xiàn)間距（Line-to-Line Spacing）的最小參考。

　　要設計一個(gè)具有USB 3.0差分傳輸線(xiàn)（Differential Signal）架構的PCB，并符合信號完整性的測試要求，兩組差分信號高速信號線(xiàn)SSRX+/-及SSTX+/-的走線(xiàn)必須有良好的對稱(chēng)性與合適的PCB Stack-Up堆棧結構設計。PCB電路板的走線(xiàn)可以采用微帶傳輸線(xiàn)（Microstrip Line）方式來(lái)實(shí)現，一則阻抗較容易控制，二則可以避免穿過(guò)貫孔，造成阻抗不連續。走線(xiàn)布線(xiàn)（Trace Routing）必須考慮走線(xiàn)寬度與PCB電路板介質(zhì)厚度（H）對于微帶傳輸線(xiàn)特性阻抗的影響。以6層板PCB布局為例：頂層/上層銅泊的高度（t）等于1.7mils時(shí)，電路板的介電常數為Er = 4.0，tanδ= 0.023（PCB板FR4材料在高頻應用時(shí)的典型數值），走線(xiàn)線(xiàn)寬為6mils，線(xiàn)間距為6mils，線(xiàn)路板介質(zhì)厚度（h）與傳輸線(xiàn)特性阻抗Z Diff的關(guān)系可以參考圖5。

　　圖5：線(xiàn)路板介質(zhì)厚度與傳輸線(xiàn)特性阻抗的關(guān)系。

　　在差分傳輸線(xiàn)架構傳輸下，USB 3.0物理層傳輸電路的收發(fā)器電路的接收端SERDES電路會(huì )存在終端阻抗，而差分傳輸關(guān)注的是SSRX+/-及SSTX+/-兩組差分信號兩端的差分特性阻抗。差分特性阻抗所需的數值就是終端阻抗的兩倍。USB 3.0增加了SSRX+/-及SSTX+/-兩組差分信號，不同于D+/-這組信號使用帶直流準位的信號，SSRX+/-及SSTX+/-都是用電容隔離直流準位之后的交流差分信號。SSRX+/-及SSTX+/-兩組差分信號的方向是固定的，不同于D+/-信號采用半雙工模式，SSRX+/-及SSTX+/-兩組差分信號屬于雙單工模式。而差分信號可以降低電磁干擾，抗擾性能較好。

USB3.0完整解決方案通過(guò)兼容性測試

　　智原科技推出的USB 3.0完整解決方案，能夠使不同應用的客戶(hù)都順利流片。主要的秘訣在于，智原科技的IP能夠完全通過(guò)USB-IF兼容認證測試，USB-IF所進(jìn)行的兼容性測試是為了確保所有使用者都能使用正常運作通過(guò)測試的USB設備。測試內容包括電氣套件（Electrical Suites）、USB Command Verifier（USB CV）、鏈路層、Gold tree 等測試。電氣套件測試是由儀器廠(chǎng)商的電氣套件來(lái)檢測信號是否符合USB3.0規范；USB CV是Windows的應用程序，用來(lái)根據檢測規格書(shū)中第九章所要求的setup命令來(lái)檢測設備；USB 3.0鏈路層測試確保了設計符合USB 3.0的通信協(xié)議。Gold tree 測試可以檢測設備在Windows環(huán)境下的實(shí)際表現，確保了在真實(shí)情況下的運作不會(huì )受其他USB設備的干擾。

　　智原科技的USB 3.0 IP已在許多客戶(hù)的產(chǎn)品上獲得驗證，通過(guò)USB兼容測試大會(huì )（Compliance Workshop-Plugfests）或測試實(shí)驗室（PIL）的USB兼容認證測試。如圖6所示，客戶(hù)的產(chǎn)品可以通過(guò)安捷倫（Agilent）、泰克（Tektronix）、力科（LeCory）的電性測試解決方案，也能夠通過(guò)力科（如圖7所示）、Ellisys 的鏈路層測試方案，兼容性測試（Gold tree、CV）上能完全滿(mǎn)足NEC、Fresco logic等各家主控芯片廠(chǎng)商的要求。

　　圖6：通過(guò)Agilent的電性測試。

　　圖7：通過(guò)LeCroy的鏈路層測試。

　　本文小結

　　不少追求高速體驗的玩家已感受到了USB 3.0的優(yōu)勢。USB 3.0接口一般實(shí)測傳輸速率約370~390MB/s，大約可以容納500個(gè)頻道的DVD畫(huà)質(zhì)影音數據流，或100個(gè)頻道的HD高畫(huà)質(zhì)（720×480@60Hz）音視頻數據流；即使傳遞1個(gè)未壓縮的Full HD高畫(huà)質(zhì)電影數據流，也就是1，920×1，080@60Hz的數據流量（相當于每秒190MB的大?。?，在USB 3.0的傳輸速度看來(lái)也是綽綽有余。面對USB 3.0飛速發(fā)展的風(fēng)潮，我們的日常存儲和數碼應用也勢必會(huì )隨著(zhù)電腦等硬件設備升級至USB 3.0而有所提升。USB 3.0成為市場(chǎng)主流已是不可阻擋的大勢所趨，智原科技提供的USB3.0完整解決方案將幫助客戶(hù)更快、更成功地切入市場(chǎng)。