低價位USB3.0系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)方案

　　在設(shè)備需要經(jīng)常被連接和移除的消費(fèi)應(yīng)用中，自適應(yīng)信號均衡功能有最好的效果，因?yàn)槭褂貌煌L度的線纜加上可以插拔的周邊設(shè)備內(nèi)部的信號布線，使整體的信號通路可隨時改變。例如，針對3米線纜優(yōu)化的信號均衡參數(shù)，應(yīng)用在沒有線纜的USB移動存儲上時會損害信號的完整性。轉(zhuǎn)接驅(qū)動器通過持續(xù)的再適應(yīng)(retraining)可以確保針對真正的信號路徑進(jìn)行最佳化的調(diào)節(jié)。

　　相反，如果信號的路徑靜止不變，轉(zhuǎn)接驅(qū)動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。在一個類似這種穩(wěn)定的應(yīng)用中，可配置的信號均衡功能是最好的選擇。

　　表1：滿足USB3.0規(guī)范的最大線纜長度。

　　高信號質(zhì)量推動成本的降低

　　轉(zhuǎn)接驅(qū)動器在接收器增加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)動器，總共可以增加12dB的信號均衡度，可以確保信號在超過3米的34AWG線纜中傳送，并通過認(rèn)證測試(表1)。

　　增加信號均衡度可以讓信號在較長且便宜的線纜中傳送，可以讓消費(fèi)者使用低價、有彈性、美觀和較細(xì)的線纜，而無需為減少信號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)動器會增加一個板上元件，但轉(zhuǎn)接驅(qū)動器只占極小的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)動器的另一個考慮。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ESD沒有防備，而且整個芯片組都有可能被損壞，造成整個系統(tǒng)無法使用。因?yàn)檗D(zhuǎn)接驅(qū)動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USB接口，讓系統(tǒng)的其他功能正常工作。

　　轉(zhuǎn)接驅(qū)動器必須有認(rèn)知通訊協(xié)議的能力才能高效率地發(fā)揮信號平衡功能。由于轉(zhuǎn)接驅(qū)動器沒有設(shè)備身份識別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(fù)和傳送信號。理想情況下，轉(zhuǎn)接驅(qū)動器將支持USB3.0規(guī)范定義的連續(xù)時間線性均衡技術(shù)，該技術(shù)與發(fā)送器期望遠(yuǎn)端終端設(shè)備用來均衡信號的技術(shù)是相同的。最后，轉(zhuǎn)接驅(qū)動器必須在不被察覺的情況下工作，否則轉(zhuǎn)接驅(qū)動器之后的根設(shè)備(root device)將不會被辨認(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。

　　雙向信號調(diào)節(jié)

　　實(shí)現(xiàn)消費(fèi)應(yīng)用是使用者期待USB3.0的價格于USB2.0一樣。USB2.0的一個重要設(shè)計(jì)考慮是能以很便宜的價格進(jìn)行生產(chǎn)，因此許多制造廠商會錯誤地認(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調(diào)節(jié)問題等快捷方式。因?yàn)槭袌鰧Φ蛢r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市場上充斥著次級產(chǎn)品的問題：這些產(chǎn)品有價格上的優(yōu)勢，但是當(dāng)連接到只有接收器有信號調(diào)節(jié)功能的設(shè)備時，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，但是當(dāng)向這些次級產(chǎn)品傳送信號時卻出現(xiàn)性能明顯降低甚至出錯。舉例來說，一個外接硬盤因?yàn)椴涣嫉男盘栙|(zhì)量，不斷發(fā)出接收器錯誤的信息，使用者會認(rèn)為這是硬盤的問題，而不是用在其它產(chǎn)品時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。

　　在每一個外接的連接器上都裝一個接收用的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，可以確保信號在進(jìn)入和離開時都可以得到正確恢復(fù)。此外，如果也對傳送出去的信號做調(diào)節(jié)處理，就算其它設(shè)備沒有在接收器做信號調(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)動器產(chǎn)品分單通道和雙通道兩種。雙通道轉(zhuǎn)接驅(qū)動器在接收和傳送信號通道都具有信號調(diào)節(jié)的功能，因此可以確保與沒有接收信號調(diào)節(jié)功能的低質(zhì)量設(shè)備的連接。單通道轉(zhuǎn)接驅(qū)動器具有可以分開調(diào)節(jié)接收和傳送信號路徑的靈活性。

　　另一個使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動器產(chǎn)品時的特點(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，一個可以選擇前面任一個電壓的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器產(chǎn)品可以滿足兩個市場，因此可以用更大的整體出貨量來壓低價格。，此外，其內(nèi)置的LDO功能則可以節(jié)省一個外接的LDO元件。

　　有關(guān)時鐘和信號交換的問題

　　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準(zhǔn)確可靠的時鐘源。時鐘信號在保持良好的SuperSpeed USB信號質(zhì)量方面扮演著非常重要的角色，因?yàn)楫?dāng)時鐘速度增加時，可用的抖動預(yù)算就減少了。

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

　　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。