USB 3.0時代如何為接口提速?

　　USB 3.0電源管理模塊（U3PWE）負(fù)責(zé)處理PowerDown模式以及發(fā)送和偵測LFPS信號的類型?；贚TSSM的狀態(tài)，U3PWE將會依照PIPE的規(guī)范來控制PowerDown模式。電源管理模塊工作在aux_clk時鐘域，該時鐘域在cclk和low_power_clk等兩個時鐘域間切換。在一般模式下，aux_clk就是cclk；在U3/Disabled模式下，aux_clk會被切換到low_power_clk以達(dá)到節(jié)省功耗的目的。

　　USB3.0產(chǎn)品的PCB布線設(shè)計(jì)

　　為維持USB 3.0 5Gbps超高速信號傳輸?shù)男盘柾暾?，在PCB設(shè)計(jì)考慮時，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)是配線幅度與配線間隔的調(diào)整以及通孔的設(shè)計(jì)；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(shè)計(jì)之外，還需要注意PCB的設(shè)計(jì)。

　　一般消費(fèi)類產(chǎn)品在進(jìn)行PCB材料的選擇時，基于成本考慮因素會選擇普通的FR-4 多層板來設(shè)計(jì)，PCB 板廠商制造時會有±10%的誤差變化。這也是為何需要將差分信號線盡可能靠近的原因。同時，不同的PCB電路板材質(zhì)會有不同的介電常數(shù)，建議在預(yù)布線時與PCB板制造商討論P(yáng)CB Stack-Up堆棧結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以符合高速線路阻抗控制條件。在實(shí)際設(shè)計(jì)時，建議可以通過調(diào)整走線寬度（Trace Width）來改變Z Diff，不建議調(diào)整線距S。通常，PCB線路板供應(yīng)商會提供線間距（Line-to-Line Spacing）的最小參考。

　　要設(shè)計(jì)一個具有USB 3.0差分傳輸線（Differential Signal）架構(gòu)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SSRX+/-及SSTX+/-的走線必須有良好的對稱性與合適的PCB Stack-Up堆棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。PCB電路板的走線可以采用微帶傳輸線（Microstrip Line）方式來實(shí)現(xiàn)，一則阻抗較容易控制，二則可以避免穿過貫孔，造成阻抗不連續(xù)。走線布線（Trace Routing）必須考慮走線寬度與PCB電路板介質(zhì)厚度（H）對于微帶傳輸線特性阻抗的影響。以6層板PCB布局為例：頂層/上層銅泊的高度（t）等于1.7mils時，電路板的介電常數(shù)為Er = 4.0，tanδ= 0.023（PCB板FR4材料在高頻應(yīng)用時的典型數(shù)值），走線線寬為6mils，線間距為6mils，線路板介質(zhì)厚度（h）與傳輸線特性阻抗Z Diff的關(guān)系可以參考圖5。

　　圖5：線路板介質(zhì)厚度與傳輸線特性阻抗的關(guān)系。

　　在差分傳輸線架構(gòu)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(shù)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(zhǔn)位的信號，SSRX+/-及SSTX+/-都是用電容隔離直流準(zhǔn)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(yīng)用的客戶都順利流片。主要的秘訣在于，智原科技的IP能夠完全通過USB-IF兼容認(rèn)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(yùn)作通過測試的USB設(shè)備。測試內(nèi)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商的電氣套件來檢測信號是否符合USB3.0規(guī)范；USB CV是Windows的應(yīng)用程序，用來根據(jù)檢測規(guī)格書中第九章所要求的setup命令來檢測設(shè)備；USB 3.0鏈路層測試確保了設(shè)計(jì)符合USB 3.0的通信協(xié)議。Gold tree 測試可以檢測設(shè)備在Windows環(huán)境下的實(shí)際表現(xiàn)，確保了在真實(shí)情況下的運(yùn)作不會受其他USB設(shè)備的干擾。

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

　　圖6：通過Agilent的電性測試。

　　圖7：通過LeCroy的鏈路層測試。

　　本文小結(jié)

　　不少追求高速體驗(yàn)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個頻道的DVD畫質(zhì)影音數(shù)據(jù)流，或100個頻道的HD高畫質(zhì)（720×480@60Hz）音視頻數(shù)據(jù)流；即使傳遞1個未壓縮的Full HD高畫質(zhì)電影數(shù)據(jù)流，也就是1，920×1，080@60Hz的數(shù)據(jù)流量（相當(dāng)于每秒190MB的大?。赨SB 3.0的傳輸速度看來也是綽綽有余。面對USB 3.0飛速發(fā)展的風(fēng)潮，我們的日常存儲和數(shù)碼應(yīng)用也勢必會隨著電腦等硬件設(shè)備升級至USB 3.0而有所提升。USB 3.0成為市場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更快、更成功地切入市場。