USB3.0：點燃2011消費電子新熱情

　　USB演進

　　通用串行總線(USB，Universal Serial BUS)技術問世以來，在USB設計論壇(USB-IF)及相關廠商的大力推動下，已經(jīng)成為名副其實應用最廣泛的外部數(shù)據(jù)傳輸總線標準，并且逐漸擴展到PC以外的諸多應用。全球有超過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可說是有史以來最成功的連接技術。更令人驚嘆的是，據(jù)估計，USB生態(tài)系統(tǒng)仍以每年30億臺的速度持續(xù)擴展，幾乎已將“即插即用”的簡易性帶到每一臺電子設備中，為消費者提供開箱即用的絕佳使用體驗。大眾所熟悉的USB接頭和線纜已被視為兼容性的象征，能為各種層面的用戶體驗創(chuàng)造一個無縫的、無所不在的連接世界。

　　隨著用戶對數(shù)據(jù)傳輸速率需求不斷提升，USB2.0已經(jīng)無法滿足多媒體應用對傳輸?shù)男枰琔SB-IF在2008年11月推出全新超高速USB(SuperSpeed USB)標準，即USB3.0，旨在滿足富媒體和大型數(shù)字文件傳輸帶寬的要求。USB 3.0 規(guī)定的 5Gb/s 數(shù)據(jù)率和 200Mb/s 的數(shù)據(jù)吞吐率是 USB 2.0 的10倍。USB系統(tǒng)的演進如圖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 一些性能瓶頸問題。高速 USB 2.0 提供 480Mb/s 的數(shù)據(jù)率，但實際數(shù)據(jù)吞吐率往往受 I/O 性能限制而超不過 35MB/s。當下載較大文件時，較高的吞吐率能節(jié)省可觀的傳輸時間。USB 3.0 可提供高達 5Gb/s 的數(shù)據(jù)傳輸率和 200MB/s 以上的數(shù)據(jù)吞吐率，實際中的表現(xiàn)區(qū)別詳見表1。

　　全新特性

　　USB 2.0接口共有4條線路，其中兩條對應數(shù)據(jù)輸入輸出，另外兩條分別是供電和地線。USB 3.0在此基礎上增加了5個觸點，其中有四條線，兩條為數(shù)據(jù)輸出，兩條數(shù)據(jù)輸入，并且這四條線路可以實現(xiàn)雙向同時傳輸，即采用了對偶單純形四線制差分信號線。這樣整個配線系統(tǒng)總共就有 8 條線，4 條遵從 USB 2.0 規(guī)范和用于確保向后兼容性，新增的4 條線配置為專門用于 USB 3.0 通信的兩對線(如圖3)。它們采用全單工工作模式，一對線發(fā)送，另一對線接收。解決了USB 2.0的輸入輸出線路無法實現(xiàn)同時工作(即輸入信號時無法輸出的問題)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)部門營銷總監(jiān)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，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信號為基于專用TX和RX差分信號對的雙單工(dual simplex)信號，因此總線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(shù)據(jù)不會影響反方向數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?/p>

　　在鏈接層，USB 3.0使用先進編碼技術以達到10-20的誤碼率，因此可做為穩(wěn)健且可靠的視頻傳輸總線。擴展到四個鏈接功耗狀態(tài)的電源管理提供了實現(xiàn)高效單位數(shù)據(jù)功耗的良好基礎。事實上，每個設備都能驅動自己的鏈接狀態(tài)，以達到所需的功率特性。當某特定設備沒有待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時，此設備可將其鏈接設定在低功耗狀態(tài)，不會對其他設備造成影響。除了鏈接層，USB 3.0還進一步采用了一個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、集線器和設備端等所有層級中，都采取了省電技術，以提高整個系統(tǒng)的電源效率。在功耗盡可能降低的同時，每一個端口上USB 3.0線纜能獲得高達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供電的嶄新應用，也許利用單根USB線纜即可為臺式顯示器供電。更令人興奮的是，液晶面板技術的最新進展亦同時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 場序制彩色(field sequential color )LCD技術等，都試圖把顯示器的功耗降低到可控水平，最終有望實現(xiàn)以單根USB纜線為顯示器供電的目標。這些技術的發(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，德州儀器亞洲區(qū)市場開發(fā)高性能模擬產(chǎn)品市場經(jīng)理林士元強調，為了適應節(jié)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)。通過引入了能效更高的供電協(xié)議標準，放棄了設備輪詢模式，轉而采用中斷模式。通俗地說，在USB 2.0模式下，即使連接的USB處于非活動或待機狀態(tài)下，USB總線控制器仍然需要定期檢查該設備是否需要傳輸數(shù)據(jù)。而在USB 3.0模式下，設備待機時可完全切斷USB連接，需要恢復時會自行向控制器發(fā)送一個中斷信號，告知控制器開始數(shù)據(jù)傳輸，這就使得待機設備無需耗電。