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USB 3.0新标准全面撼动资料传输发展

2010-09-16 13:23
kumsing
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  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 EMI(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。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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