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百变双扣 2019-06-12 10:34101http://www.geo-hitch.com/admin

USB规范是USB开发者论坛(USB IF)维护的产业标准,规定了许多个人计算机与外接接口设备间USB连接事项,比如电缆、接头、连接协议、通讯以及电源。作为目前最新版本的USB规范,USB 3.2将数据传输带宽大幅提升至10Gbps。USB 3.2 Gen2规范大幅提升了数据编码效率,提供的速率比USB 3.1 Gen1一代提供的速率(5Gbps)快一倍。

USB Type-C(也作USB-C)支持最新的USB 3.2标准。特性完备的USB-C电缆可支持10Gbps的数据吞吐量,是USB 3.2 Gen1标准的两倍。根据DisplayPort 1.4标准,在每路显示输出中该电缆支持四信道,每信道数据传输率可达8.1Gbps。DisplayPort则是以数据报的形式通过数字接口同时传输高分辨率音视频信号,总带宽可达32.4Gbps。高速的数据传输率和常见的嵌入式时钟架构的结合,有助于在差分讯号对信道中传输海量的数据和影音频号。

讯号完整性成高速讯号传输挑战

高速讯号在通过电缆或印刷电路板传输时,衰减现象很严重,甚至会导致讯号畸变。讯号通常透过传输线路传输,长度为10到12英吋的传输线路导致的通道插入损耗达20dB或更高。此外,反射、串扰、杂波讯号和散射都会导致讯号完整性与眼图区间恶化。讯号传输距离增加导致讯号衰减程度加重且讯号质量下降,进而导致数据位错误,无法在远程或接收端成功复原传输的讯号。

为避免或减轻这种现象,须为数据传输率为8.1Gbps以上的串行接口设置中继器,以滤除随机杂波和系统噪声,使讯号符合规范要求。中继器通常部署在信道途中,以补偿信道损耗。目前有两种类型的中继器:Retimer和Redriver。Retimer可对来自上游信道的讯号进行均衡,使用CDR恢复时钟讯号,并生成数字应激讯号,传送至下游信道。Redriver可均衡来自上游信道的讯号并将其传送至下游通道。它的输出讯号在输入讯号的连续驱动下生成。Redriver不包含CDR,也不执行复位时操作。

桌机/笔电USB-C与USB-A接口讯号改善方案

在所有互联协议中,数据传输速率不断提高,对CPU的性能要求更高,进而提升整个信道的数据传输速率。当主流CPU供货商不断减小其芯片尺寸以降低功耗、维持性价比时,这种情形尤其明显,最终导致保证讯号符合规范要求的最大传输路径长度不断缩短。

英特尔(Intel)的CNL和CFL平台USB3.1 Gen 2应用设计指南建议OEM厂商在使用USB-C接头时,使用基于Retimer的主动复用解决方案;在使用USB Type-A接头时,使用Retimer方案,以保证讯号完整性,获得更好的JTOL区间。Retimer应用必须符合USB 3.2规范的附录E,在USB 3.2 Gen2模式下能够提供23dB的损耗补偿。

USB 3.2规范定义了以下两种类型的Retimer:

·SRIS Retimer

在SSC无关参考时钟(Separate Reference clock Independent of SSC, SRIS)Retimer应用中,传输时钟讯号来自本地参考时钟,与接收端复原的时钟讯号无关。

·BLR

数据位Retimer(Bit-Level Retimer, BLR)的应用中,传输时钟讯号来自接收端复原的时钟讯号(链路训练的某些阶段除外)。

中继补偿传输信道耗损 Retimer确保讯号完整性

图1 对桌机/笔电的USB-C插入损耗进行补偿设计

图1与图2为对桌机/笔电的USB-C插入损耗进行补偿的设计。从图1和图2可知,DisplayPort的插入损耗为10.7dB(数据传输率8.1Gbps);USB-3的插入损耗为12.8dB(数据传输率10Gbps)。

中继补偿传输信道耗损 Retimer确保讯号完整性

图2 对桌机/笔电的USB-C插入损耗进行补偿设计

硅谷数模(Analogix)对此进行了一项测试,测试环境如下:

1. USB主机:Gigabyte GB-BSi5HA- 6200

2. 插入损耗板:15英寸(USB-C -micro-USB, FR-4)

3. Retimer(ANX7440)EVB

4. USB设备:Sandisk SSD Plus

5. 示波器:DS0Z334A(33GHZ)

图3为测量位置与测量结果。安装了Retimer的系统可望在主机到设备之间对最多23dB的插入损耗进行补偿(图4)。Retimer简化了PCB布线,可以在不牺牲平台性能的前提下,确保个人计算机主板和USB/DisplayPort电缆实现高吞吐量讯号传输。

中继补偿传输信道耗损 Retimer确保讯号完整性

图3 USB主机讯号测试示例图

中继补偿传输信道耗损 Retimer确保讯号完整性

图4 安装Retimer的系统对插入损耗进行补偿

DisplayPort讯号改善方案

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