USB3.0技術(shù)規(guī)格與信號完整性介紹

2016-10-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)由Intel和HP、NEC、NXP、微軟以及德州儀器共同開發(fā),USB 3.0的目標(biāo)是提供當(dāng)前十倍的帶寬,利用新增的兩對高速線路開啟的“Superspeed”模式,可以達(dá)到約4.8 Gbit/s (600MB/s),并且可能使用光纖連接。

USB 3.0的技術(shù)規(guī)范于2008年8月13日發(fā)行,其商業(yè)產(chǎn)品預(yù)計于2009年或2010發(fā)行。USB 3.0新增了5個觸點(diǎn),兩條為數(shù)據(jù)輸出,兩條數(shù)據(jù)輸入,采用發(fā)送列表區(qū)段來進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)包,新的觸點(diǎn)將會并排在目前4個觸點(diǎn)的后方。USB 3.0暫定的供電標(biāo)準(zhǔn)為900mA,將支持光纖傳輸。USB 3.0的設(shè)計兼容USB 2.0與USB 1.1版本,并且使用了更有效的協(xié)議來節(jié)約能源。

那么USB3.0究竟為什么有著如此神奇的魅力,它究竟是如何工作的?

二、USB3.0規(guī)范解析

許多人看到的USB技術(shù),僅僅是接口與線纜,但很少有人關(guān)心在USB接口中,數(shù)據(jù)是以何種形式被傳輸和處理的。在今天的臺式機(jī)和筆記本電腦中,作為電腦主機(jī),他們都包含了主機(jī)控制器。這個小小的芯片內(nèi)具有一系列的邏輯管道,它負(fù)責(zé)管理主機(jī)和設(shè)備之間各種數(shù)據(jù)的傳輸。目前的Hi-Speed USB接口,即USB2.0接口采用的是一種半雙工的結(jié)構(gòu),也就是說,數(shù)據(jù)傳輸只是單向的。首先外設(shè)裝置發(fā)送信號到電腦,再由電腦發(fā)送信號到外設(shè)裝置,兩者不同同時互傳信息。

在USB3.0規(guī)范中,它將會有自己專用的數(shù)據(jù)通路,專用的數(shù)據(jù)發(fā)送線路和獨(dú)立的數(shù)據(jù)接收線路。因此,在主機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時候,可以真正實現(xiàn)全雙工。主機(jī)與外設(shè)都可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

另外數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室矊⒌玫綐O大的改善,可以實現(xiàn)5Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力,每個方向可以實現(xiàn)4.7Gb/s的數(shù)據(jù)吞吐量。而目前最快的USB2.0規(guī)范中,僅僅可以實現(xiàn)單向的480Mb/s。

無論是主機(jī)還是外設(shè),所有的數(shù)據(jù)傳輸都可以在同一時間爆發(fā),這些專用的數(shù)據(jù)收發(fā)通道可以將數(shù)據(jù)周轉(zhuǎn)的時間減小到最低,同時他們可以同時發(fā)出操作請求。USB3.0接口向下兼容以前的USB2.0和USB1.1接口。

三、USB3.0引腳觸點(diǎn)分析

USB3.0為了向下兼容USB2.0規(guī)范,同時又要極大的提高自身的帶寬,就在一根線纜里,專門設(shè)置了兩套數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。一套是便于普通的USB2.0接口,一套是專用的發(fā)送接收高速傳輸信道。

如圖,這是USB 3.0 Micro B接口,針腳1是供電(VBUS),針腳2是USB2.0的數(shù)據(jù)-,針腳3是USB2.0的數(shù)據(jù)+,針腳4是USB On-The-Go的ID線,針腳5是地線(GND),針腳6是USB3.0的發(fā)送數(shù)據(jù)線-,針腳7是USB3.0發(fā)送數(shù)據(jù)線+,針腳8是地線(GND),針腳9是USB3.0的接收數(shù)據(jù)線-,針腳10是USB3.0接收數(shù)據(jù)線+。

USB 3.0 Micro B

USB3.0包括standard A /standard B/Micro的具體針腳定義如下:

表1 USB3.0 standard A /standard B/Micro針腳定義

四、USB3.0信號完整性

對USB3.0的信號完整性要求與USB2.0做了對比,USB3.0的信號完整性規(guī)范比USB2.0的高很多,詳見表2。另外也可以參考USB3.0規(guī)范5.6.1的SuperSpeed Electrical Requirements.

表2 USB3.0的信號完整性

目前從各家連接器提供商的USB3.0的設(shè)計、高頻信號分析及測試的結(jié)果來看,近端串音(Near-end Crosstalk)和差模轉(zhuǎn)共模(Differential to Common Mode Conversion) 比較難滿足規(guī)范要求,需要進(jìn)一步地通過仿真分析來改善信號完整性性能

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