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USB 3.0新标准全面撼动资料传输发展

2020/01/10 来源:开封信息港

导读

安捷伦科技USB产品经理 Jim Choate将在本文中,针对USB 3.0标准会给市场带来哪里些变化,以及会给工程实验室带来哪里些挑战,发

安捷伦科技USB产品经理 Jim Choate将在本文中,针对USB 3.0标准会给市场带来哪里些变化,以及会给工程实验室带来哪里些挑战,发表自己的看法。文中将介绍数码工程师将会用到的新技能,并且探讨展频时计方面可能存在的相符性问题,同时还解释了高速传输速率对于发射器、接收器与缆线系统的测试有何影响。最后,本文还探讨了数码标准的重要性,以及量测专业技术在执行互通性测试时所扮演的重要角色。

USB 技术已广为应用于许多领域。Intel的调查结果显示,全球 USB 产品出货量已经超过 60 亿个,几乎到了全世界每人都有一个的普及度。不仅如此,性能更先进的 USB 3.0 技术可能进一步取代其它界面,加速扩大其市场占有率。

兼容型 USB 3.0 向下展频 SSC profile。

USB3.0系统可同时管理所有USB资料速率。

新的 USB 3.0 标准(SuperSpeed USB)订定了比USB 2.0 高出10 倍的资料传输技术。传输速度的提高,预料将引发新一波的消费性电子产品热潮,对于渴望将影片传送到智能型手机上的消费者而言是一大福音。消费者不断升高的需求驱动了此超高速标准的发展,从一般使用者的角度来看,这是重大的技术演进。

新标准全面撼动资料传输发展

然而,演进并不代表墨守成规。USB 3.0 界面支持高达 5 Gb/s 的资料速率及超过 200 MB/s 的资料容量,这项新标准正全面撼动资料传输发展。由于它的速度比 eSATA 和 FireWire还快,很可能会使得这两种界面遭到淘汰。

PCI Express 界面虽是内部汇流排,您也可透过转接卡来使用这项技术,自如地在 PC 之间传输资料。而 USB 3.0 进一步强化了效能,让您无需使用转接卡,便可用可与 PCI Express 相媲美的高输送量来传输资料。不过,这并不代表 USB 3.0 会取代 PCI Express 技术的地位 目前出货的 USB 3.0 主机仍然使用 PCI Express 卡,而是凸显出支持高传输速率的 USB 3.0,可为工程师提供适用于各种应用的优异效能。

同时,USB 3.0 标准也改变了工程实验室的现况。USB 3.0 的架构与 USB 2.0 截然不同,为提升速度,它内含一个实体层,这一点与 PCI Express 技术极为相似。如此一来,专精USB 2.0 技术测试与除错的专业工程师将需要学习新的技能。

此外,使用高速 USB 3.0技术时,数码工程师必须处理微波效应,但他们在这方面毫无经验。数码设计人员还需解决信号路径的路由与阻抗控制问题,这些都是 USB 3.0设计的关键要求。在设计接收器时,由于需部署复杂的 PLL(锁相回路)和主动式接收器等化功能,因此设计难度提高了十倍。

USB 3.0 产品都必须包含展频时计

设计人员面对的最大改变之一是,所有 USB 3.0 产品都必须包含展频时计(SSC)。SSC 主要用来消除或降低 (电磁干扰)。对芯片设计者而言,他们很难用低成本设计来部署可有效控制的 SSC 调变技术。

有些主机板并未正确地部署中心展频 SSC 时计,违反了 USB 3.0 规格要求。中心展频波形profile以标称频率为中心,进行等量的上下调变,例如 +2500/-2500 ppm。如果系统未妥适地部署中心展频 SSC,则大多数 USB 3.0 元件就无法与之兼容。当消费者购买了主机外接插卡,并将其插入系统时计不一致的系统中,将会很失望地发现两者不兼容。

元件厂商已经找到解决这个问题的办法,例如关闭 SSC。其实,真正一劳永逸的方法是,系统厂商应确保自身产品符合 PCI Express 和 USB 3.0 的 SSC 规格要求。为达成此一目标,PCI Express 厂商联盟和 USB-IF 兼容性小组必须共同克服这个难题。

USB 3.0标准要求回溯兼容性

另一方面,USB 3.0 标准要求向后兼容性,进ㄧ 步提高了符合兼容性标准的元件设计的难度。随著 USB 标准不断演进,其资料速率已经由 1.5 Mb/s、12 Mb/s(USB 1.1),跃升到 480 Mb/s(USB 2.0),现在更提高到 5 Gb/s(USB 3.0)。由于每个不同版本的 USB 标准,其兼容性测试规格都不相同,而不同的资料速率与信号位准共存,更大幅提高了元件的复杂度和测试要求。不过,向后兼容的规格,使得消费者能够弹性地混合搭配不同速度和传输容量的外围配备。这种灵活性也是 USB 的主要优势之一。

USB 3.0 标准将资料速率提升了 10 倍,使得发射器、接收器和缆线系统的测试面临新的挑战。为了测试 SuperSpeed发射器兼容性和通道效应,工程师需使用高频宽示波器和兼容性码型来量测发射波形。由于 USB 3.0 支持超长的通道拓扑,因此工程师需透过长通道对发射器和接收器进行兼容性测试。也就是说,工程师须使用3 公尺长的缆线和额外长度的 PCB 轨迹线(主机是 5 英寸,元件是 11 英寸)来测试实体层特性。

透过兼容测试确保产品具电气互通性

他们的目标是透过兼容性测试,确保其 USB 3.0 产品具备绝佳的电气互通性。然而,少数几个产品样品通过兼容性测试,并不代表这款产品在不同条件下,或在采用新的制程后,还具有同样的效能。在此情况下,余裕测试可让设计人员对产品兼容性深具信心。

安捷伦科技对测试流程的要求即十分严格,我们为工程师提供各种先进量测仪器,确保他们能够按照标准,测试元件和装置的特性。许多情况下,我们还提供各种执行测试的方法。我们不只是销售仪器,同时还竭尽全力协助他们以最有效的方式分析元件特性。

为了销售完整的特性分析解决方案,我们需要深入地了解USB标准的规格。安捷伦是 USB 应用厂商论坛(USB-IF)的重要成员,我们非常了解这项标准,而且对标准制定贡献卓著。藉由积极参加这些标准的制定,安捷伦为 USB 设计工程师提供两大优势,首先,可根据工程师的需求,适时地推出合适的产品。其次,由于安捷伦积极参与各种插拔大会、研习营和研讨会,因此能够随著标准的演进,推出最合适的解决方案,让工程师能够藉此设计出最可靠的产品,这是其它仪器厂商望尘莫及的优势。

新的 USB 3.0 标准将大幅增强各种电子元件的效能。安捷伦已经为工程师们准备好了所需的测试与量测工具,可协助他们克服一切困难,更快地设计并推出符合标准的全新元件。[本文内容为安捷伦科技USB产品经理Jim Choate提供]

图说:USB 3.0 系统可同时管理所有 USB 资料速率。

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