USB3.0

USB3.0（精选9篇）

USB3.0 篇1

USB 3.0接口设备集合了通信速度为5Gbps的四个额外的数据通道,而且电源总线也有着高达900mA的最大输出电流。这些新的USB 3.0规格加上集成芯片几何尺寸的不断缩小,使得预防电气瞬变和过流故障也变得更重要复杂。即使是很小的静电放电(ESD)和短路事故带来的危害也相比更大。

更强的生产能力,更敏锐的芯片灵敏度,以及信号完整性和系统的可靠性都应该是系统设计人员非常关注的事情。寄生电容,低钳位电压和低电阻成为电路保护元件选择中的关键指标。由于电源线可用允许更大的电流通过,电流保护器可以有较低的电阻在确保低压降方面也变得至关重要。一项成功设计的关键是要明白关键选择标准和保护技术(PTC电阻,压敏电阻,聚合物和硅为原料的设备)之间的优化权衡。本应用笔记详细解释了需要考虑的因素和问题。

USB 3.0的工作特性

通用串行总线(USB)标准是一套电子系统之间高速有线通信的接口规范。USB 3.0标准规定了数据传输速度的提高,输出功率的增加并保持和USB 2.0设备向后兼容。

从USB 2.0到USB 3.0最重要的物理变化是称为SSRX+/SSRX和SSTx+/SSTx的两个差分数据的引进,并且他们保持着和现有的D-/D+数据总线并列运行。这允许了数据全双工同时传输,而USB 2.0总线只能单个双工传输。

USB3.0还包括把电源总线上的电流从500mA增加到900mA,这样也就扩大了为外部设备供电的选择余地,不再需要额外的电源了。

USB 3.0电路保护所面临的挑战

前几代USB使用的ESD静电保护以不足以保护USB 3.0,因为USB 3.0的数据传输速率已升至5Gbps和通道电容为支持新的数据传输速率也下降了。设计师们面临的挑战是要找到电压瞬态保护更好的解决方案,使敏感数据线在没有增加信号畸变电容的情况下也能得以保护。

引进的额外的差分数据对需要更多的数据线得到防静电保护,过去分离器件的保护解决方案是保护每个单独的数据线,这可能不是理想的解决方案了。直接放在数据对中的新半导体阵列ESD保护装置,不仅保护了传统的USB 2.0数据线,而且也保护了这些额外的数据信号对。

对于过电流保护,USB3.0规范第11.4.1.1.1规定:(1)为了安全起见,主机和所有自供电集线器必须实现过电流保护,该集线器必须具有一种方法来检测过电流情况,并将其报告至USB软件。(2)过电流限制机制必须在无需用户干预的前提下自行复位。聚合物PTC和固态开关就是可以用于过电流限制的方法。

按照UL60950-1标准的一些要求,可能还需要过电流保护。

过电流保护

USB总线收发器IC(集成电路)或电源管理IC可有一些电流限制功能,但是,当在IC不包括含电流限制功能或附加的保护是必需时,电路设计人员必须为电源总线设计电流限制PTC。

在电源总线上(参见图7)安装的聚合物PTC器件可以在短路的情况下限制电流,并防止由突然的短路引起的过电流损坏。它也可以帮助实现UL60950-1标准中第2.5节(有限电源,表2B)的规定,其中规定必须限制短路电流在5秒内小于8A。

相关的USB集线器应用程序和USB 3.0的过电流保护规范如11.4.1.1.1条中陈述:如果下行端口的总电流超过预定值时,过电流保护电路可以消除或减少所受影响的下行端口的功率。预设值不能超过5.0A,而且必须足够大于所允许的最大端口电流或时间延迟的瞬态电流(例如,开机,动态连接或重新配置时)可以受到过电流保护。

图2示出了用于多端口集线器配置的PTC解决方案。对于单端口配置,见图7和图8本文档中的其他地方。

图3显示了推荐的单一端口和两个端口中联动的配置的PTC器件。我们还确定了新USB电池充电规范1.2版的PTC的解决方案。

在选择PTC为作为USB端口保护时,需要考虑几个关键参数:(1)目前最大端口(USB 3.0为900毫安);(2)PTC位置的工作温度;(3)触发速度;(4)直流电阻。

图3中的PTC被选定为最适合USB3.0端口保护。所有的PTC都能保护最大电流为900毫安的USB 3.0端口,就算最高工作温度为60℃的时候也不会跳闸。由于温度变化急剧PTC的速率可能会下降,所以这也是PTC选择过程中的一个重要方面。设计师选择PTC的时候还应考虑不兼容的USB 3.0设备负载着900毫安的电流。在最高工作温度下的保持电流需要大于超过900毫安的最大可用电流,否则,PTC有可能会错误触发。

每个PTC是能够在电流8安的时候,以用时小于5秒的速度短路故障触发。符合UL60950 1有限电源规范以及把USB 3.0规范中电流限制在5安是很重要的。

选择最合适的PTC最后的关键参数是直流电阻。由于USB 3.0现在提供最大电流为900毫安,所以电路中的功耗变得尤为重要,需要降低到最小。此外,电源总线两端元件的电压降也需要降低到最小,特别当是该电路电阻预算很紧的时候。在图3所示的所有的PTC是由Lo-RHO电阻系数PTC制定,这是USB 3.0应用程序的最佳选择。

选择PTC时的主要目标是确保保持电流设备在设计温度下至少能承受900毫安电流。如图3中所示,我们选择60℃作为最糟糕的设计温度情况。1端口应用的最优选择的产品型号是0603L150SLYR,因为它不但是有着最小的外形而且可以支持最大所需的电流(0.95安)。此时设计温度为60℃。

在要求设计保持电流能留有更多可用空间情况下,产品型号1210L200SLYR是一个不错的选择,因为它在60℃时可以保持1.29安的电流。两端口的应用程序设计人员可以把两个端口(总输出1.8安)联系在一起,使用一个PTC保护两个端口,产品型号1206L350SLYR是一个不错的选择,因为它在60℃时

可以保持2.19安的电流。所有推荐的型号都是能够在故障电流为8安的时候,以用时小于5秒的速度启动,以此满足各方面的安全考虑。

静电放电(ESD)保护

USB 3.0暴露系统的额外数据承受了更大的ESD威胁,因为它提供了更多电气瞬变的可能入口通道。

像USB 3.0一类的接口可以通过包括用户触摸连接器上的任意插脚或任何一个开放式连接线连接到端口上的一些机制接触到静电ESD。尽管现代IC芯片往往有受到一定程度的自我保护(通常在500~2kV的),这些防静电水平等级是根据有着1500Ω放电电阻的MIL-STD HBM模型分级的。MIL-STD模型中,一个2kV的脉冲相当于有着330Ω放电电阻且电压为500V的IEC61000-4-2模型。目前HBM可用脉冲在相同的瞬态电压是IEC模型可用的四分之一。

发生静电放电事故时电压往往可以高达15千伏甚至更高,其会导致软故障,潜在损害或灾难性故障。额外的ESD保护是提高现代界面端口生存能力的必要条件。为了确定外部ESD事故的预防系统,已经开发了几个测试标准,其中国际电工委员会(IEC)61000-4-2条款受到最广泛的认可。该标准定义了的ESD在不同的环境和安装条件中的测试水平,并建立了测试程序。现如今的超高速USB 3.0端口是一定能够承受至少8千伏的接触放电,这也是IEC 61000-4-2条款第4级的要求。

有了更高的数据速率,就特别需要注意组件的电流容量以保护电路。而且系统设计人员在选择时的ESD保护器件时应该意识到的还有许多其它需要注意的重要参数。这些参数包括:(1)动态电阻和钳位电压;(2)击穿电压;(3)寄生电容;(4)最大ESD能力;(5)多脉冲能力;(6)封装形状;(7)关断状态的阻抗或泄漏电流;(8)设备配置和布局的灵活性。

现如今市场上有几种不同的防静电抑制技术,例如MLVs(多层陶瓷压敏电阻),聚合物ESD抑制器和半导体的ESD抑制技术。是否选择了正确的保护将决定USB3.0端口是否可以承受ESD事故。

设计师们必须特别关注器件电容,钳位电压和动态电阻,因为这些参数对选择最佳ESD保护至关重要。一些设备保护制造商设计出了有着最小寄生电容以提高信号的最大完整性的产品,同时有些产品的钳位性能达到了最大化虽然代价是电容很高。

像TVS二极管和二极管阵列的半导体有着最低动态电阻,提供卓越的钳位性能,并能保持非常低寄生封装电容。图5示出了硅的钳位性能与MLV ESD保护技术的对比。正如可以看到的,以硅为基础的解决方案的钳位电压更低。

USB 3.0的眼图测试结果如图9中所示,美国力特的TVS二极管阵列,通过结合低钳位电压和低电容ESD保护给USB 3.0应用程序提供了最好的保护技术。

TVS二极管阵列比如美国力特的SP3012-06UTG型号等设备提供多通道ESD保护解决方案,USB 3.0保护的最佳选择。美国力特的SPA®设备的工作方式有两种。首先,它们的二极管能吸收瞬态电流,泻放电流;第二,能通过雪崩或齐纳二极管来钳制电压电平。图7显示的是美国力特USB 3.0设备SP3012-06UTG型号的静电保护解决方案。

它提供6行±12kV静电保护,能够确保保护单一3.5x1.35mm的包装里的所有USB 3.0数据线。美国力特SP3012-06UTG免除了设计人员为使用多个ESD保护装置而占用宝贵的电路板空间的担心。此外,SP3012具有仅为0.4Ω的极低动态电阻,这为USB3.0芯片组提供了同类产品中一流的钳位性能和对过压事件非常敏感的收发器芯片。

另外,如果设计人员希望实现两个设备解决方案,推SP3012-04UTG和SP3003-02UTG,它们可用于保护那六行数据线(参见图8)。SP3003保护传统的D+/D-对,而SP3012则可以保护两个极速差分对。

信号完整性

保持USB 3.0数据完整性是至关重要的,任何少量的附加电容都可以导致信号失真,并降低信号的可靠性。测试静电抑制器的寄生电容对信号完整性的影响的方法之一是进行眼图测试。此测试需要对重复的数字信号进行采样,并在示波器上显示所得到的眼孔图样。眼图经常被用来定义可接受的信号质量和依从性。

图9显示了美国力特S P 3 0 1 2-06UTG用一个5Gbps的USB 3.0符合性测试图案和掩模“通过”的眼状图。图10显示了该评估板的PCB布局。为了模拟一个真实的世界USB 3.0数据路径,测试电路板是用90Ω差分信号对和USB3.0接口设计的。

由图可以看出,信号一直在掩模边界内,而且眼图宽度是保持不变的,这样给设计者在系统电容预算内提供了很大的灵活性。

USB3.0 篇2

精雕细琢应用为王

机箱整体采用了墨黑色调，前面板下方设计了两个不规则图形，开机键设计成了三角形，并且辅以朱红色装饰，显得醒目而时尚。这款机箱的体积为465mm×190 mm×445mm，因此内部空间非常充裕，4个光驱舱和5个硬盘舱完全能够满足多数用户的扩容需求；而7个板卡插槽对DIY入门级玩家来说是绰绰有余。机箱的机架结构稳固，并且光驱舱和硬盘舱都采用了全免螺丝设计，拆装都非常方便，产品经过了精雕细琢，人性化设计十足，一切都从应用角度出发。

速度与激情3.0驾到

极冻机箱的外接端口设计在了前面板中央位置，USB3.0接口赫然入目。最大传输带宽高达5.0Gbps，足以应对目前TB容量的数据读取。

匠心独运打造“双健康”

USB3.0及测试解决方案 篇3

自USB推出以来, USB-IF继续发布该接口标准的新变体。2000年, USB-IF推出的USB 2.0, 为用户更高带宽的设备如视频会议摄像机和高分辨率打印机提供增加的数据吞吐率。USB 2.0提供三种数据率选择, 包括低速1.5Mb/s, 全速12Mb/s和高速480Mb/s。进一步发展是引入了允许用户以无线方式连接多达127台设备的无线USB。无线USB提供的带宽在3m时高达480Mb/s, 10m时达110Mb/s。

通过发布超速USB 3.0, 现在进一步增强了USB平台。USB 3.0与早期版本后向兼容, 旨在满足富媒体和大型数字文件传输带宽的要求。USB 3.0规定的5Gb/s数据率和200Mb/s的数据吞吐率是USB 2.0的10倍。USB系统的演进如图1所示, USB3.0可以兼容各种传输标准, 如图2所示。

USB 3.0的推出解决了USB 2.0一些性能瓶颈问题。为实现更高的性能水平, USB 3.0另外增加了4条互连线。这样整个配线系统总共就有8条线, 其中4条遵从USB 2.0规范和用于确保向后兼容性。另增的4条线配置为专门用于USB 3.0通信的2对线。它们采用全单工工作模式, 一对线发送, 另一对线接收。高速USB2.0提供480Mb/s的数据率, 但实际数据吞吐率往往受I/O性能限制而超不过35Mb/s。当下载较大文件时, 较高的吞吐率能节省可观的传输时间。USB 3.0可提供高达5Gb/s的数据传输率和200Mb/s以上的数据吞吐率, 实际中的表现区别详见表1。

USB的体系结构允许所有这些数据率在公共PC宿主机控制下同时共存于同一配置中。这就提供了混用具有不同速度和吞吐率要求的各种外设的灵活性。USB规范大家庭中的USB2.0、无线USB和现在的USB 3.0各自满足不同的应用需要, 必将在市场中共存。设计师可选择满足其产品特定需要的规范。无论选择何种规范, 都需要通过坚实可靠的测试方法确保最终产品符合相关标准的要求。

对于USB设备和系统设计师来说, 成功通过一致性测试对于确保一致性和互操作性是至关重要的。USB的每种变体都有自己的一致性测试规范。不同变体有一些共同性的测试, 但随着数据率的增加, 要求对增加的高速响应进行更全面的测试。对于USB 2.0高速模式和USB 3.0, 还需要对RF响应进行验证。安捷伦科技积极参与USB实施者论坛 (USB-IF) 的活动, 能影响和迅速应对测试规范的变化, 提供可满足目前所有USB变体测试的各种解决方案, 经USB-IF认可适用于世界各地的一致性工作室和测试实验室。

USB 3.0测试解决方案

传输速度增加了10倍的USB 3.0对测试发送器、接收器和配线系统提出新挑战。

发送器测试

在进行USB 3.0发送器一致性测试时, 必须使用相位匹配SMA电缆, 在“一致性通道”的末端用SMA终端的发送器信号测量。Agilent USB3.0测试夹具提供高性能的USB 3.0信号中间分路, 以支持使用SMA终端的发送器和接收器测试 (如图3) 。

在测试发送路径时, 必须用高速示波器测量采用规定码型的传输波形。从而能进行眼图分析和测量信号的幅度、抖动、平均数据率及上升/下降时间。Agilent 90000系列示波器提供高达13GHz的带宽。它可与U7243A USB 3.0发送器一致性测试应用软件一起执行USB 3.0规范定义的发送器一致性测试和验证测试。

接收器测试

USB 3.0规定设备内的误码计数器可以从内部检查接收器的误码性能。规范提供的测试模式包括将接收到的数据环回至设备发送器的能力。

测试接收器的灵敏度需要有可控制的激励或码型发生器, 以提供对被测接收器的校准抖动输入。用集成的误码计数器进行测量需要用示波器或BERT读取和解码得到的结果。对异步环回工作模式中没有内部误码计数器的测试, 则需要用BERT或协议分析仪评估得到误码流。这种误码计数器方法仅限于内部设备能够识别的一致性码型。虽然这是足够简单的通过/失败测试, 但对于调试和表征则是不够的。

一般要通过接收器应力测试描述USB设备在不同幅度和抖动条件下的性能。这就要求码型发生器能够施加这些不同条件, 包括对目标误码率产生真实随机抖动的能力。

Agilent的系列测试解决方案解决了这些问题。对于USB 3.0, Agilent N4903B J-BERT能产生激励设备所需要的码型, 包括在抖动容限测试中向设备施加应力的能力。示波器和Agilent N5990A测试自动化软件平台能解码捕获结果。也可在环回工作模式中用Agilent BERT和Ellisys的超速协议分析解决方案表征设备性能。Ellisys EX280是集成于N5990A中的测试自动化软件;JBERT和EX280都是完全自动化的。

通道测试

由于USB 3.0增加了带宽和通道长度, 因此需要对电缆、连接器和通道验证做更多测试。为确保设计符合差分阻抗和斜扭目标, DR/TDT测量是必不可少的。必须通过VNA测量精确验证达到回波损耗、插入损耗和近端/远端串扰的要求。

测试方案主要优点

自动化Rx测试

抖动容限曲线 (图4) 是了解接收器真实抖动性能的关键。N5990A自动化测试平台不仅提供自动的接收机一致性测试, 而且还提供包括抖动容限的自动接收器表征。它模拟真实条件, 向DUT的规定部分人为施加特定特性的信号应力。与那些在软件中建立文件, 然后向每一抖动测试点加载波形的其它费时解决方案不同, N5990A用包括校准抖动在内的正确激励扫描;从而把测量时间减到最小。为确保仪器抖动特性的验证和在测试前补偿互连容限, 自动校准能力是至关重要的。

测试夹具

U7242A USB 3.0测试夹具提供USB 3.0一致性测试要求的发送器和接收器测量点接入, 从而有助于简化USB 3.0测量过程。它有与示波器和J-BERT的直接SMA连接, 以实现容易和精确的测量。它还包括至Infinii Max有源差分探头的探测连接, 可用于表征和测试USB 3.0和USB 2.0流量的有源总线信令。

投资保护

由于有适用于总线标准USB、PCI Express、SATA和DisplayPort测试的信号生成和分析能力, Agilent USB解决方案提供了投资保护。所有这些总线标准可使用同样的发送器和接收器硬件。此外, 90000系列示波器是具有可升级带宽、可升级存储器和应用服务器许可的实时示波器。

Agilent USB 3.0测试系列产品

U7243A是适用于Infiniium示波器的USB 3.0超速电性能验证和一致性测试软件。U7243A USB 3.0电测试软件采用USB 3.0 rev 1.0规范和测试规范草案中规定的测试方法和算法。使用USB–IF SigTest实用程序与U7243A USB 3.0电测试软件所得到的测试结果, 与使用独立USB-IF SigTest工具在USB-IF工作室或测试实验室所进行发送器一致性验证得到的结果是相符的。

90000系列Infiniium示波器提供高性能的实时测量系统, 极低的噪声本底、抖动噪声本底和触发抖动, 因此是信号完整性测量和抖动测量的理想工具。该系列有2.5GHz至13GHz的多种型号, 可在未来需要时进行带宽升级。

U7242A USB 3.0电气测试夹具, 提供USB 3.0一致性测试要求的发送器和接收器测量点接入, 从而有助于简化USB 3.0测量过程。为发送器测量提供测试点接入, 为发送器和接收器验证和一致性测试提供USB 3.0规范要求的单端测量, 使用有源探头的差分测量为调试和验证测试提供有效总线交易, USB 3.0电源探测特性能容易地进行电源瞬态和稳态测量。

USB 3.0接收器测试解决方案基于J-BERT N4903B, 集高质量精密数据发生器与预校准抖动源于一体, 以获得可靠和可重复的测试结果。即使对于多台J-BERT B的情况, 也可通过设计得到一致性的J-BERT B测试结果。基于真实噪声源 (无界周期随机抖动) 的随机抖动能力符合标准对目标误码率的要求。J-BERT B提供随时和在测试期间对变化应力条件的控制。例如在测试中实时调整信号幅度或抖动应力水平。J-BERT B基于码型特性的码型序列器和存储器可在接收器应力测试前和改变测试码型前自动接通测试模式。因此能容易适应特定的硅实现, 或为进行调试改变测试码型。误码探测器的集成信号分析特性可测量和校准测试装置, 而不需要测量抖动、幅度等参数的额外仪器。

E5071C网络分析仪具有同档仪器中较高的射频性能和较快的速度, 宽频率范围和各种通用功能。E5071C是制造和研发工程师评估20GHz频率范围射频元件和电路的一种解决方案。USB 3.0电缆一致性MOI要求选件010和480/485/4K5之一。

Agilent接收机测试软件N5990A选件102覆盖USB 2.0和USB 3.0。它为U7243A一致性测试套件补充了接收器一致性测试, 抖动容限测试, 灵敏度测试和恒定参数应力测试。对于USB 3.0接收器测试, N5990A选件102控制J-BERT N4903A/B和其他仪器。N5990A选件202提供综合测试报告的至U7243A接口。

参考文献

[1]Agilent Technology.USB Design and Test–A Better Way[D].2009

[2]omtp.org.OMTP Local Connectivity:Data Connectivity[R].2006

[3]USB Implementers Forum.USB Standard[S]

[4]Agilent Technology.Infiniium90000Datasheet[D]

USB3.0 篇4

纵观当下的移动存储市场，USB2.0接口的闪存盘虽然目前还居于市场主流，但USB3.0闪存盘正在后来居上，其中，以专业的国际存储厂商朗科科技为代表，各品牌之间竞争激烈，在性能和价格之间寻求平衡，均也不断推出新产品。作为朗科旗下USB3.0系列的主推新产品，的360度全能旋转性闪存盘U680采用USB3.0接口，相比上一代USB2.0来说提升了10倍的传输速度。而造型设计上大胆采用旋转外壳，锌合金材质坚固耐磨将损坏的可能性降到最低。

当下，Ivy Bridge平台的发布，USB3.0的普及大潮已经不可避免，作为业内首家推出USB3.0接口产品的厂家，朗科U680正是瞄准了USB3.0市场，精心打造的产品不仅在造型、性能上表现出众，在耐用性及稳定性方面也是独树一帜。

USB3.0 篇5

1 PCI-E带宽对USB 3.0性能的影响

1.1 USB 3.0与PCI-E的关系

USB3.0是数据接口,PCI-E是系统的总线。USB 3.0与外部设备连接,然后USB 3.0控制器就通过PCI-E总线与系统进行数据传递。USB 3.0接口好比水龙头,而PCI-E总线就好比是水管。水龙头再大,接在细水管上,那出水量也高不了,所以,USB 3.0性能再好,如果与系统连接的总线带宽不够,那它的速度也是会受到限制的。而且,不管是用USB 3.0的PCI-E扩展卡还是直接板载USB 3.0芯片,皆是如此。

1.2 多通道PCI-E对USB 3.0带宽的影响

像显卡这类需要高带宽的设备,可以使用16个PCI-E通道来提供足够的带宽。但目前还没有主板芯片组能源生支持USB 3.0,所以必须使用第三方控制芯片来提供USB 3.0功能。

然而,问题就在这里,第三方芯片不支持多通道的PCI-E,而P55上PCI-E X1通道的带宽是2.5GT/s(PCI-E 1.1,速度上大约为250MB/s),明显限制了USB 3.0(理论带宽500 MB/s)的带宽。不给第三方USB 3.0控制芯片使用多通道的PCI-E原因是:芯片不支持,且第三方控制芯片厂商由于市场策略原因不愿意开发支持多通道PCI-E的USB 3.0芯片。

2 USB 3.0控制器的带宽受限的解决方法

从LGA1156开始,Intel的CPU当中就集成了PCI-E X16通道以供独立显卡使用,最关键的是,CPU中集成的PCI-E是2.0的,每个通道带宽可达单行500 MB/s,这足够USB 3.0使用,因此用它就能解决USB 3.0的带宽问题,提供USB 3.0接口的P55主板就是使用的这种方法。

但是,这么做有很大一个缺点,CPU里的PCI-E通道工作在X16或者X8+X8的摸式下,如果有1个通道被USB 3.0控制器占用,独立显卡就只能使用X8模式,这对于高端显卡来说,性能损失是很明显的,另外,也不能再使用X8+X8的双显卡模式了。所以,这其实还是一个“拆东墙补西墙”的方法。

真正解决此问题是Sandy Bridge平台搭配的P67/H67,此类主板芯片已经提供了PCI-E 2.0总线,相对P55/H55提升了一倍的带宽,不用去占用CPU里的PCI-E通道。

3 USB3.0的性能测试

测试USB 3.0的带宽,只需要考查接口速度的上限,因读写大小文件的性能,是硬盘结构决定的,与本次测试无关,所以需要的仅是能提供最大外部传输速度的存储设备,因此具备高速读取能力的SSD是最好的选择(硬盘的写速度低于读速度,所以对考查接口带宽没有意义,因此也不是测试重点)。

测试平台

处理器:Core i7 2600K;Core i5 661

内存:宇瞻DDR3 1600 2GB*2

主板:Intel DP67GB;Intel P55

显卡:Radeon HD5670

硬盘:希捷酷鱼7200.121TB(主盘)

Intel X25-V 40GB SSD(测试盘)

USB 3.0方案:瑞萨PD720200(板载、扩展卡)

NexStar USB 3.0外置硬盘盒

软件环境:Windows 7旗舰版

3.1 板载USB 3.0接口速度对比

测试数据显示,同样是采用第三方板载USB 3.0芯片,Intel的SSD在P67上可以达到最高194MB/s的平均读取速度,而在P55上只能达到132MB/s,HD Tune的测试结果也是如此,P67上平均读取速度可达176.5MB/s,而P55只能达到122MB/s,相差了45%。USB 2.0完全限制了SSD的发挥,从性能来讲的确属于被淘汰的对象。

3.2 外接USB 3.0扩展卡速度对比

由于扩展卡和板载的USB 3.0芯片都是占用了1个PCI-E通道,所以单纯比较板载和扩展卡两种方式的性能的话,几乎是没有差别,这从表中的数据也可以看到。不过,比较P67和P55使用USB 3.0扩展卡的性能差别,差距就很明显,因为P67主板上提供的PCI-E X1插糟也是2.0的,带宽比P55的PCI-E X1高出一倍,表中数据很好地证明了这一点。

4 总结

从测试情况看,Sandy Bridge平台搭配的P67主板芯片提供的PCI-E 2.0总线已经解决了USB 3.0接口带宽不足的问题,40GB的入门级SSD在它上面能达到近200MB/s的实际传输速度,这种速度已经绝对不会再对目前的大多数高端硬盘造成瓶颈效应了(普通SATA机械硬盘大约是100MB/s的传输速度)。从Sandy Bridge平台开始,只要你的硬盘够快,USB 3.0就能够完全发挥其应有的性能。

摘要：USB3.0作为新一代高速数据接口,早在P55时代已经被主板厂商列为高端产品必备的规格,到目前为止,已经有普及到主流产品上的趋势。然而在某些主板上采用的第三方USB 3.0控制芯片始终不能发挥出全部的性能,通过USB 3.0接口连接的硬盘速度与通过SATA接口连接的硬盘速度有明显差距。该文通过实际的测试与研究揭示了影响USB3.0性能的主要因素及解决方法。

关键词：USB3.0,Sandy Bridge平台,多通道,带宽

参考文献

[1]邹逢兴,陈立刚.计算机硬件技术基础[M].2版.北京:高等教育出版社,2010.

[2]孙承庭.计算机硬件维修实训教程[M].北京:化学工业出版社,2011.

[3]崔丽群.计算机硬件技术及应用[M].杭州:浙江大学出版社,2011.

USB3.0 篇6

基于以上的情况,并得益于USB3.0技术的发展成熟,我们提出一种全新的利用USB3.0有源光纤进行数据传输的局域网架构,在这种局域网架构下, 数据以USB3.0格式进行传输,速率获得极大提升, 可以达到5Gbps。

传统局域网的现状与不足

所谓局域网,在功能性上,是指在某一封闭区域内将多台计算机及外部设备通过传输介质互联组成的群组,在软件支持下,可以实现文件管理、软硬件共享、相互通讯等功能。局域网可以通过数据通信网或专用数据电路,与远方的局域网、数据库或处理中心相连接,构成一个较大范围的信息处理系统。

根据局域网传输介质的不同,局域网又可以分为无线局域网和有线局域网。无线局域网,利用射频技术依靠无线电波进行数据传输,虽然具有更好的灵活性、移动性,但是在数据稳定性及数据传输速率等方面逊于传统的有线局域网;传统的有线局域网通常使用铜缆作为传输介质,其优点是信号传输稳定,传输质量高,信号不易受到外界干扰,在数据传输速率上,目前能够得到普遍应用的最大速率网络一般为百兆网,虽然优于无线局域网的数据传输速率,但是仍旧成为制约其快速发展的因素。

基于USB3.0技术的局域网架构

得益于USB3.0技术的成熟,我们构建一种新的局域网架构,充分利用USB3.0数据理论传输速率可以达到5Gbps的优点,在进行数据传输时,将数据转换为USB3.0数据格式,并通过光网络进行数据传输,即使用有源光纤传输USB3.0格式的数据,这样可以有效地提高数据的实际传输速率;同时,通过在局域网架构中的终端中使用数据协议转换,可以将音视频数据及USB2.0/1.1/1.0数据格式转换为USB3.0数据格式进行传输,这样可以使新的局域网完全兼容非USB3.0外部设备。

通过上述 理论 , 我们构建 了如图1的基于USB3.0有源光纤的局域网架构。这种局域网可分为主机及协议转换、传输介质和终端应用三个部分。

1. 主机及协议转换

此部分由主机及PCIE扩展卡组成。主机主要是处理、存储并使用户共享局域网系统中的资源与数据,并在主机端提供对外通信接口,以便于与其它局域网或数据库的连接。

P C I E扩展卡可以实现P C I E与U S B3.0的协议转换,一方面使主机端的数据转换为USB3.0格式传输到终端,另一方面使来自终端的USB3.0数据转换为P C I E信号便于主机进行数据处理及存储。 U S B3.0是成熟的USB规范,其理论最大数据传输速率可以达到5Gbps,实际最大数据传输速率大约可以达到3.2Gbps,目前USB3.0已经普遍应用到各种电子设备上。PCIE是新一代的总线接口,其采用串行方式传输数据,主要优势就是数据传输速率高,目前最高的16X 2.0版本可以达到10GB/s,完全可以满足USB3.0对数据传输速率的要求,从而在进行数据转换时不会降低数据速率;另外,PCIE支持热插拔,并且PCIE已经在主机上普遍应用,这样在主机端就为实现局域网数据的高速奠定了坚实的基础,能够有效提高整个架构的兼容性。

2. 传输介质

数据高速传输是USB3.0局域网架构的核心要求,在实现方案中采用USB3.0有源光纤替代铜线作为传输介质传输USB3.0数据,如图2所示,主机端及终端数据全部转换为USB3.0数据格式,并在USB3.0有源光纤模组中进行光电转换后通过多模光纤传输。

U S B3.0有源光纤主要由两部分组成,一是高速光电模组,实现电信号与光信号的转换并具有微型化的特点,此部分也是研究的重点内容;二是高速多模光纤,用于传输光信号。

如图3所示,高速光电模组的核心技术是符合USB 3.0规范的5Gbps高速光电转换芯片和模组的微型化设计,并集成USB3.0接口以实现与主机及终端间的USB3.0数据通信。

高速光电模组中的光电转换芯片包括符合USB3.0电气规范的高速电收发器、面射型激光(V C S E L) 驱动器、集成互阻放大器(TIA)的高灵敏度光-电转换器,并且为了提高系统兼容性运用了端接电阻控制技术以及低功耗技术。另外,在产品的微型化设计方面利用光电转换芯片、面型激光器(VCSEL)以及光电二极管(PD)的集成绑定(Bonding)技术,一体化的光学透镜耦合(光学Lens)技术,极大地控制了电路的面积,缩小了光学器件的体积,为在局域网中的应用提供了极大便利。

U S B3.0有源光纤能够高速的传输数据,相较于普遍应用的百兆网络(最大理论传输速率为12.5MB/ s)具有巨大的优势,具体情况可以通过以下实验看出。实验中使用USB3.0有源光纤直连PC机及移动硬盘,从移动硬盘拷贝大容量文件,即使移动硬盘对数据传输速率有限制,从图中也可以看到数据稳定传输速率仍旧达到了93.4MB/s,是百兆网络的7倍以上。 由此可以看出,USB3.0有源光纤进行数据传输优势明显。

3. 终端应用

在新的局域网架构中,USB3.0有源光纤提供USB3.0通道传输USB3.0信号,终端应用部分作为用户接入局域网的窗口,需要支持USB3.0有源光纤的数据格式。

我们知道,通常用户端使用的基本设备包括音频设备、视频设备及USB2.0/1.1/1.0设备等,虽然音视频信号可以转换为USB2.0信号,但是USB2.0的协议规范本身并不支持光传输,其数据编码特性也不满足光传输的要求,无法像USB3.0那样,通过光电转换实现在光纤上传输USB2.0数据,所以目前的USB3.0光电转换电路不能直接支持USB2.0数据进行光电转换。因此,为了能够兼容更多的用户设备,需要在终端部分首先进行USB2.0—USB3.0协议转换,将用户端的数据转换为USB3.0数据,以使这些数据能够在USB3.0有源光纤上进行传输。

基于上述的要求,在终端应用部分,构建了如下模型,这套模型主要涵盖三类设备:音频设备、视频设备及USB设备。实际应用中,音频、视频会首先通过协议转换转换为USB2.0数据,通过USB2.0 HUB后再经过USB2.0-USB3.0协议转换转为USB3.0数据, 通过USB3.0有源光纤进行传输;而USB设备(包括USB3.0/2.0/1.1/1.0设备)中的数据可以直接通过USB2.0 HUB后进行USB2.0-USB3.0数据转换,之后进行传输。

全新局域网架构的应用

依托于USB3.0局域网架构,以USB3.0有源光纤及微云终端为基础,搭配主机(服务器或PC)、 U S B3.0集线器等硬件产品组成了一套微云系统,如图5。

在这套系统中,主机及协议转换部分主要由主机及PCIE扩展卡组成,其主要工作是完成系统数据的运算、存储及数据协议转换。

在传输介质部分,使用USB3.0有源光纤进行数据传输,其具有超细、抗弯、支持热插拔等特点,在大幅增加数据传输速率的同时,还能够极大的扩展数据传输距离,在不增加任何中继设备的情况下,传输距离可以达到一百米。

在终端应用部分,核心为微云终端,微云终端是一款用于虚拟化桌面环境的新型客户端设备,其内无处理器、无存储器、无操作系统、无终端程序, 接口包括USB3.0上行接口(用于与主机进行数据传输)、VGA接口、Audio接口、及USB2.0下行接口(用于连接外设),在其内部还能够实现视频/音频信号与USB2.0信号的转换,并运用了USB2.0与U S B3.0数据格式互转技术,可以将U S B2.0数据与USB3.0数据进行互转,使终端数据可以以USB3.0格式通过有源光纤进行传输。

利用USB3.0技术局域网架构的微云系统,其数据传输速率相较于普通的百兆网络是否会有显著的提高,可以通过以下试验确定。在微云系统中,通过某一个微云终端连接外部的USB设备,将USB设备中的文件拷贝到主机端,观察数据传输速率。由下图可以发现,数据稳定的传输速率可以达到79.6MB/s,在微云系统中,因为从外部USB设备到主机端需要经过多个设备及协议转换,会对数据传输速率造成不利的影响,数据传输速率略低于主机与设备直连的情况,但是相比普通的百兆网络,仍具有巨大的优势。

结束语

通过对当前局域网的现状分析,可以发现数据传输速率已经成为局域网发展的瓶颈,影响了用户的使用感受及工作效率。

USB3.0 篇7

网闸 (GAP) 全称安全隔离网闸。安全隔离网闸是一种由带有多种控制功能专用硬件在电路上切断网络之间的链路层连接, 并能够按照既定的安全策略, 在网络间进行安全适度的应用数据交换的网络安全设备。[2]它是在两个不同安全域之间, 通过协议转换的手段, 以信息摆渡的方式实现数据交换, 且只有被系统明确要求传输的信息才可以通过。其信息流一般为通用应用服务。本文介绍一种基于USB3.0的网闸数据交换系统的设计, 实现了安全隔离、内核防护、协议转换、访问控制、安全审计、身份认证等功能, 能够对日常的运维活动实行完整监控。

2 系统设计与实现

2.1 网闸数据交换系统框架

通过只允许原始应用数据进入的技术手段, 网闸能够保证内部网络和外部网络的安全隔离, 解决不同安全等级网络间的数据交换问题, 防止内网的资源被隔离对象以外的人员访问, 并保证交换数据的完整性、实时性。根据网闸的实现原理, 在硬件上采用存储介质和控制逻辑单元来保证数据在内外网处理单元之间的交换, 保证两者在同一时间不同时连通并进行数据交换。而根据TCP/IP连接断开原理, 在软件架构上, 将一个网络连接断开为两个网络连接, 分别为:内网处理单元和内网用户的连接;外网处理单元和外网服务器之间的连接[4]。这两个独立的应用连接共同完成整个网闸系统的应用代理功能。同时, 设计专门的设备驱动程序为上层提供访问隔离传输硬件的接口。系统总体框架如下图所示:

2.2 隔离传输硬件

隔离传输硬件连接内网处理单元与外网处理单元, 是内网处理单元、外网处理单元之间唯一且安全的数据交换通道, 负责在保证内、外网隔离的前提下交换数据。隔离传输硬件实现在内、外网之间来回切换, 保证两个网络在链路断开的前提下实现数据安全传输。其在同一时间只能与内网处理单元连通或者只能与外网处理单元连通, 不能同时与内、外网处理单元连通。而存储介质起到缓存的作用, 例如:当内网处理单元与隔离传输硬件之间交换数据, 内网数据传入隔离传输硬件, 之后通知外网处理单元取走数据。外网处理单元与隔离传输硬件连通, 并取走数据。这个过程中, 内网处理单元和隔离传输硬件之间不连通。在本设计中, 采用两片双端口RAM来作为存储介质, 并利用FPGA技术来实现内外网处理单元与隔离传输硬件之间的控制逻辑。

2.3 内网处理单元

网闸将一个网络连接断开成两个网络连接, 而这两个连接的发起方是不同的。对于系统内的作用而言, 内网处理单元完成接收内网客户端发来的应用请求, 并解析请求数据包。并将解析出来的数据通过隔离传输硬件交换到外网处理模块。所以, 内网处理单元起到代理服务器的作用。在软件模块构成上, 内网处理单元的数据交换由代理应用服务模块、读写进程、底层驱动程序组成。底层驱动程序完成对隔离传输硬件的读、写和控制等功能。而代理应用服务模块则由代理服务端、协议解析模块、协议还原模块, 以及读写初始化接口构成。代理服务端负责内网代理服务模块的初始化、监听客户端连接、接受客户端的连接请求、创建子进程来处理这个请求;协议解析模块将代理服务端接收到的应用服务协议数据进行解析, 从中提取出所需要的信息;协议还原模块将经过隔离传输硬件摆渡回来的数据进行应用协议还原并发回给用户;读写初始化接口以动态链接库形式提供给所有应用服务使用。值得说明的是此接口不仅仅为某一个应用代理服务模块所调用, 而是给所有网闸系统应用代理服务提供接口, 此接口提供了对读写共享内存的申请、初始化和与之相对的资源释放工作。

2.4 外网处理单元

在功能结构上, 外网处理单元与内网处理单元的组成是相同的。但是由于所处网络位置不同, 外网处理单元直接与外部网络相连, 功能是将内网处理单元交换过来的请求数据还原, 根据请求数据的要求代理连接相应外网服务器, 并取回用户需要的数据。在功能上是代理客户端, 内网处理模块的应用代理服务在功能上则是服务器端。

2.5 网闸传输接口

网闸传输接口实现了TCP/IP模型的物理层断开, 也消除了数据连接链路。该技术采用双端口静态存储器, 配合独立的FPGA控制电路, 来实现在两个端口上的切换逻辑, 两个端口各自通过切换逻辑连接到独立的计算机主机上。其架构如图所示:

基于高速、稳定网络的考虑, 故挑选usb3.0总线来实现“2+1”模块之间的数据交换。USB3.0 (也被认为是Super Speed USB) 为那些与PC或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。只是个硬件设备, 计算机内只有安装USB3.0相关的硬件设备后才可以使用USB3.0相关的功能。从键盘到高吞吐量磁盘驱动器, 各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接。新的USB 3.0在保持与US2.0的兼容性的同时, 还提供了下面的几项增强功能:

(1) 极大提高了带宽——高达5Gbps全双工[3] (USB2.0则为480Mbps半双工)

(2) 实现了更好的电源管理

(3) 能够使主机为器件提供更多的功率, 从而实现USB—充电电池、LED照明等应用。

(4) 能够使主机更快地识别器件

(5) 新的协议使得数据处理的效率更高

USB3.0采用一种新的物理层, 用两个信道把数据传输和确认过程分离, 因而达到较高的速度。为了取代目前USB所采用的轮流检测 (polling) 和广播 (broadcast) 机制, 新的规格将采用一种封包路由 (packet-routing) 技术, 并且仅容许终端设备有数据要发送时才进行传输。新的链接标准还将让每一个组件支持多种数据流, 并且每一个数据流都能够维持独立的优先级 (separate priority levels) ;该功能可在视频传输过程中用来终止造成抖动的干扰。数据流的传输机制也使固有的指令队列 (nativecommand queuing) 成为可能, 因而能使硬盘的数据传输优化。最终数据的上传和下载使用不同通道, 即使同时并行也不会相互阻碍[3]。

2.6 网闸数据交换流程

为确保网络传输的安全性, 网闸隔离传输硬件的一次数据交换流程包含以下两个过程:一方主机将数据写入隔离传输硬件的双端口RAM中之后主机放弃传输, 断开与隔离传输硬件的连接等待另一方主机将缓存中的数据取走。另一方主机在收到请求后, 将双端口RAM中的数据取走。在进行数据摆渡的时候隔离传输硬件不能在某一时刻与外网主机和内网主机同时相连进行数据交换。

3 结论

本文根据网闸系统的“2+1”架构, 讨论了基于USB3.0的网闸数据交换系统设计实现原理, 具体分析了内网处理单元、外网处理单元和隔离传输硬件实现方式, 实现了不同网络之间的安全可靠数据交换和调用。

摘要：网闸是一种安全隔离与数据交换系统, 是放置在需要物理隔离的两个网络之间实现不同网络间数据安全交互的专用设备[1]。本文提出了采用USB3.0的网闸“2+1”系统架构方案, 并介绍了系统总体结构及协议解析、安全隔离等功能。

关键词：网闸,数据交换,安全隔离

参考文献

[1]蓝科, 杨家均.网闸数据交换程序的实践与分析[J]无线互联科技, 2013

[2]万国平.安全隔离与网闸.北京:机械工业出版, 2005

[3]薛园园, 赵建领.USB应用开发宝典[M]人民邮电出版社, 2011

USB3.0 篇8

8 b/10 b是目前许多高速串行总线采用的编码机制,如 USB 3.0,1394b,Serial ATA,PCI Express,Infini-band,Fiber Channel,RapidIO等总线或网络。8 b/10 b编码方式最初由IBM公司于1983年发明并应用于ESCON(200M互连系统),发表Al Widmer和Peter FranaszekIBM刊物的“研究与开发”。8 b/10 b编解码之所以能得到广泛的运用,主要有以下优点:采用嵌入式时钟,可保持DC平衡;能够更加有效地检测错误;隔离数据码元和控制码元。

1 USB 3.0中的8 b/10 b编解码原理

在USB 3.0分层结构中,发送端先对数据或者控制字(K)加扰,然后把加扰后的8 b数据编码成10 b发送出去;接收端先把接收到的10 b数据进行解码得到8 b数据,然后再解扰得到原始数据。

8 b/10 b编码包含对256个数据字符和12个控制字符的编码[1]。数据字符和控制字符分别用Dx,y和Kx,y表示,其中x表示与8 b的低5位(EDCBA)对应的十进制数值;y表示与8 b的高3位(HGF)对应的十进制数值。发送端在编码时,根据编码表将低5位变成6位,高3位变成4位。编码完成后,将10 b的并行字符转换成串行发送出去。接收端在解码时先进行串并转换得到10 b字符,再将该字符分解成6 b和4 b,根据相应编码表看是否有效,最后完成解码。编解码转换流程如图1所示。

不平衡度disp(disparity)表示编码后1个码字中“1”数目与“0”的数目差。“1”用+1表示,“0”用-1表示,码字中的所有“+1”与“-1”之和就是disp。8 b/10 b编码的disp取3种状态:“+2”(6个1与4个0),“0”(5个0与5个1),“-2”(6个0与4个1)。而运行不一致RD(Running Disparity)是一个二进制参数,只有正、负2种状态,用于编码模式控制。在8 b/10 b编码表中,10 b字符分为2种码表(RD-和RD+)。编码过程中,通过对RD值正负的判断来选择对应码表,如果当前RD为负(RD-),编码器会在RD-编码表中选择对应值输出,并且检测对应输出的10 b值的disp,如果disp=0,则RD不变保持RD-,否则RD值变为RD+;如果当前RD为正(RD+),则在RD+编码表中选择对应值输出,并且检测输出值对应的disp,如果disp=0,则RD不变保持RD+,否则RD变为负RD-。总之,在disp为正或者负时,RD发生交替变换,这种方法是为了使0和1分布更均匀,减小差分信号的直流分量。

2 8 b/10 b编码器的设计

8 b/10 b编码器是把8 b数据输入拆成低5位和高3位分别进行5 b/6 b和3 b/4 b编码,根据编码表执行编码。因为其中有些特殊的3 b/4 b编码[2],所以需要一个特殊3 b/4 b编码模块。编码后数据通过RD控制模块选择输出,并且把此时的RD状态反馈给下一轮编码。对于8 b控制输入,由于K控制编码只有12种有效,所以需要一个对无效K码的识别模块。因此,编码器分为5个模块:5 b/6 b编码、3 b/4 b编码、特殊3 b/4 b编码、无效K码检测、RD_controller,前4个部分在RD_controller的控制下进行并行编码,如图2所示。图中,kin为8 b控制输入,data_in为8 b数据输入。由于USB 3.0传输速度为5 Gb/s,编码器clk为500 MHz。

5 b/6 b编码模块、3 b/4 b编码模块对输入的8 b数据输入分为低5位和高3位进行并行编码,输出6 b和4 b数据构成10 b编码,而输出disp_6b,disp_4b是6 b和4 b数据的不平衡度。

由于在8 b/10 b转换表中,8 b数据输入高3位为“111”、低五位分别为“01011”,“01101”,“01110”,“10001”,“10010”,“10100”时,输出的4 b是特殊情况,特殊3 b/4 b编码模块就是完成对这几种特殊情况输出,输出sp_4b_RDN和sp_4b_RDP是特殊编码的不平衡度。

当8 b输入是控制K码时,控制码只有12种[3]是有效的,无效K码检测模块就是检测输入的控制码是否有效,如果无效输出invalid_k=1,如果有效则输出invalid_k=0。

RD控制模块[4]除了将编码后数据选择输出,主要是根据disp_6b,disp_4b,sp_4b_RDN和sp_4b_RDP来跟新当前RD值,并反馈到下一轮编码的RD输入,保持差分信号传输的直流平衡。

3 8 b/10 b解码器的设计

8 b/10 b解码器接收到的数据是10 b,根据8 b10 b解码原理,把10 b数据分开为低6 b和高4 b,然后分别对低6位和高4位进行解码,划分为2个模块6 b/5 b解码、4 b/3 b解码。这些10位的数据分为特殊K字符和有效数据字符,特殊K字符是控制字符。解码器结构[5]如图3所示,分为4个模块:6 b/5 b解码,4 b/3 b解码,无效码检测、不平衡度检测[6]。

6 b/5 b解码和4 b/3 b解码模块根据编码表,选择输入10 b数据对应输出5 b或3 b。当高4位为“1001”,“0110”,“1010”,“0101”时,数据字符和控制字符其对应的输出是不同的;并且高4位为“0001”,“1110”时也是特殊情况。输入10 b数据中有1 024个数据[7],有440个有效数据字符,24个控制字符,还有560个错码。当输入为错码时,无效码检测模块会检测出错,输出1个errdetect。 不平衡度检测模块主要是根据前面模块输出的disp和当前的disp(current_disp),判断解码是否发生错误。当disp_4 b=0时,disp_6 b!=0,则current_disp应该等于disp_6 b,如果不等则发生错误。即要保持不平衡度在“+2,0,-2”三个值中变化,超出则发生编码错误。

4 仿真分析

本文完成了8 b/10 b编解码器的RTL设计,并在Modelsim上进行功能仿真[8]。编码、解码的仿真波形图4,图5所示。

图6是编解码联调[9]的仿真波形,可以看出输入的数据经过编码器编码成10 b的数据,然后在经过解码器所还原的数据跟之前输入的数据一样,说明编解码功能正确,并且最高的工作频率[10]能够达到500 MHz,满足USB 3.0的数据传输速度。

5 结 语

本文采用的分块编解码方法,使用了少量的逻辑完成了8 b/10 b编解码器设计。该编解码器在USB 3.0数据传输中能够得到很好的运用,满足了USB 3.0高速数据传输的要求。

参考文献

[1]Hewlett-Packard Company,Intel,NEC,et al.Universalserial bus 3.0 specification[R].USA:Hewlett-PackardCompany,2008.

[2][美]BUDRUK R,ANDERSON D,SHANLEY T.PCI Ex-press系统体系结构标准教材[M].田玉敏,译.北京:电子工业出版社,2005.

[3]ADERSON Don.USB系统体系[M].2版.北京:中国电力出版社,2007.

[4]CRUICKSHANK H,SUN Z,FAN Z.Universal serial busimplementation in an integrated access chip for ISDN[J].IEE Proc.Communication,2001,148:207-211.

[5]王福昌,熊兆飞,黄本雄.通信原理[M].北京:清华大学出版社,2006.

[6]林锦棠.8 b/10 b编解码器在PCI Express总线中的实现[J].微计算机信息,2008,24(3):140-142.

[7]李宥谋.8 b/10 b编码器的设计及实现[J].电视技术,2005(3):79-80.

[8]夏宇闻.Verilog数字系统设计[M].2版.北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[9]林丰成,竺红兰,李立.数字集成电路设计与技术[M].北京:科学出版社,2008.

USB3.0 篇9

在一年一度的英特尔信息技术峰会 (IDF) 上, 记者有幸采访了USB实施者论坛 (USB-IF) 的总裁兼首席运营官Jeff Ravencraft先生。Jeff向记者详细介绍了USB 3.0的优势, 发展历程以及喜人成果。

超速性能

随着数据量的大增, USB 2.0已经远远不能满足消费者对大容量数据快速传输的需求, USB 3.0也就应运而生, 其最大传输带宽高达5.0 Gb/s, 也就是传输速率达到625 Mb/s, 比USB 2.0快10倍, 同时向下兼容USB 2.0。USB 2.0基于半双工二线制总线, 只能提供单向数据流传输, 而USB 3.0采用了对偶单纯型四线制差分信号线, 所以支持双向并发数据流传输, 可以同步全速地进行读写操作, 这也是USB 3.0速率能达625 Mb/s的关键因素。Jeff透露, 在实际应用中, USB 3.0最大传输带宽也可达3.2 Gb/s, 即传输速率达到400 Mb/s。

USB 3.0为实现低功耗引入了新的电源管理机制, 支持待机、休眠和暂停状态, 因为USB 3.0并没有采用设备轮询, 而是采用中断驱动协议, 在有中断请求数据传输之前, 待机设备并不耗电。USB 3.0的电源负载增加到150 mA (USB 2.0为100 mA左右) , 能够为需要更多电能驱动的设备提供足够的电力, 而通过USB来充电也将变得更快。

2013年将普及

就在记者采访的同一天, 德州仪器 (TI) 宣布推出USB 3.0四端口可扩展主机控制器 (xHCI) 通过USB-IF认证, AMD更是抢在英特尔之前推出了支持USB 3.0的A75与A70M FCH芯片组, 这也意味着USB 3.0将大大提升其市场份额。Jeff自豪地说, 在前年的IDF上, 只有一款获得认证的支持USB 3.0的产品, 去年这个时候是50个, 现在有205个。2010年, 瑞萨USB 3.0主机控制器的出货量为2 000万颗, 睿思科技 (Fresco Logic) USB 3.0主机控制器的出货量为100万, 而华硕更是发布了第一台有USB 3.0的电脑N61J。2011年, 瑞萨将把产能增加到每月出货4～5百万的USB 3.0主机控制器, 华硕将在第一季度出货两百万个支持USB 3.0的主板。记者了解到, 泰克和力科等测试厂商, 都纷纷推出USB 3.0从发送端到接收端, 从物理层到协议层的测试解决方案, 这也为其他厂商开发支持USB 3.0的产品提供了方便。