低价位USB3.0系统的可靠性设计方案

　　在设备需要经常被连接和移除的消费应用中，自适应信号均衡功能有最好的效果，因为使用不同长度的线缆加上可以插拔的周边设备内部的信号布线，使整体的信号通路可随时改变。例如，针对3米线缆优化的信号均衡参数，应用在没有线缆的USB移动存储上时会损害信号的完整性。转接驱动器通过持续的再适应(retraining)可以确保针对真正的信号路径进行最佳化的调节。

　　相反，如果信号的路径静止不变，转接驱动器就不需要使用再适应功能。在这种环境中，例如从来不需要移除任何线缆的服务器中，再适应功能有可能造成负面影响。在一个类似这种稳定的应用中，可配置的信号均衡功能是最好的选择。

　　表1：满足USB3.0规范的最大线缆长度。

　　高信号质量推动成本的降低

　　转接驱动器在接收器增加6dB的信号均衡度，可以大幅增加信号在SDP线缆的传送距离，因此可以帮助解决线缆方面的困扰。如果在发送器也放置转接驱动器，总共可以增加12dB的信号均衡度，可以确保信号在超过3米的34AWG线缆中传送，并通过认证测试(表1)。

　　增加信号均衡度可以让信号在较长且便宜的线缆中传送，可以让消费者使用低价、有弹性、美观和较细的线缆，而无需为减少信号损耗而购买较粗且昂贵的高质量线缆。因此，如果考虑线缆的成本，使用转接驱动器不但可确保产品按照预期工作，还可以降低产品的整体成本。虽然使用转接驱动器会增加一个板上元件，但转接驱动器只占极小的PCB面积(4平方毫米)，这在便携式设备中非常重要。

　　静电释放(ESD)是使用转接驱动器的另一个考虑。为降低系统的成本，USB接口很有可能被集成到主要的芯片组中，这样不但USB接口控制器件对ESD没有防备，而且整个芯片组都有可能被损坏，造成整个系统无法使用。因为转接驱动器芯片位于连接器与发送器/接收器之间，所以可以隔绝内置USB接口的芯片组。如果有ESD事件发生，转接驱动器可以保护系统的控制芯片，在最坏的情况下只损失单个USB接口，让系统的其他功能正常工作。

　　转接驱动器必须有认知通讯协议的能力才能高效率地发挥信号平衡功能。由于转接驱动器没有设备身份识别ID，所以无法像USB终端设备一样中止信息传递。如果转接驱动器可以辨识通讯协议，便可支持接收器侦测和电气闲置等功能，而不仅是回复和传送信号。理想情况下，转接驱动器将支持USB3.0规范定义的连续时间线性均衡技术，该技术与发送器期望远端终端设备用来均衡信号的技术是相同的。最后，转接驱动器必须在不被察觉的情况下工作，否则转接驱动器之后的根设备(root device)将不会被辨认，即使这种情况在实验室中可以工作，但在实际应用中则不行。

　　双向信号调节

　　实现消费应用是使用者期待USB3.0的价格于USB2.0一样。USB2.0的一个重要设计考虑是能以很便宜的价格进行生产，因此许多制造厂商会错误地认为可以用同样的方式生产USB3.0设备。此外，必须降低成本的压力将使制造商考虑使用低质量线缆，或是让接收器解决信号调节问题等快捷方式。因为市场对低价的集线器和周边设备的期待，将有制造商生产这些产品，并且使用高质量的线缆达到通过认证测试所需要的结果。但是，一般的使用者却希望使用任何的USB线缆，系统都能稳定工作。

　　在这种情况下，有责任心的制造厂商不得不面对市场上充斥着次级产品的问题：这些产品有价格上的优势，但是当连接到只有接收器有信号调节功能的设备时，可能不能稳定地工作。也就是说，这些设备可以稳定地接收信号，但是当向这些次级产品传送信号时却出现性能明显降低甚至出错。举例来说，一个外接硬盘因为不良的信号质量，不断发出接收器错误的信息，使用者会认为这是硬盘的问题，而不是用在其它产品时看起来没有问题的低质量线缆或是集线器设备的问题，这将导致退货增加，损失赢利。

　　在每一个外接的连接器上都装一个接收用的转接驱动器，可以确保信号在进入和离开时都可以得到正确恢复。此外，如果也对传送出去的信号做调节处理，就算其它设备没有在接收器做信号调节，产品设计工程师也可以确保设备通过任何长度的线缆，并与其它设备互通。

　　市面上的转接驱动器产品分单通道和双通道两种。双通道转接驱动器在接收和传送信号通道都具有信号调节的功能，因此可以确保与没有接收信号调节功能的低质量设备的连接。单通道转接驱动器具有可以分开调节接收和传送信号路径的灵活性。

　　另一个使用转接驱动器产品时的特点是电源电压的灵活性。例如，服务器通常使用1.2V电压，而PC使用3.3V电压，一个可以选择前面任一个电压的转接驱动器产品可以满足两个市场，因此可以用更大的整体出货量来压低价格。，此外，其内置的LDO功能则可以节省一个外接的LDO元件。

　　有关时钟和信号交换的问题

　　USB控制器芯片、器件、终端设备、集线器和内置USB接口的处理器都需要一个准确可靠的时钟源。时钟信号在保持良好的SuperSpeed USB信号质量方面扮演着非常重要的角色，因为当时钟速度增加时，可用的抖动预算就减少了。

　　把时钟技术看成一种陈旧的技术是一个常见误解。事实上，时钟技术(尤其是在高速度时)是极精密的技术。由于高速度时钟比较昂贵，比较节省成本的方法是把较低速度的时钟信号以数倍增加。但是，把低速度的时钟信号数倍增加到高速度时，所产生的抖动也会以同样倍数放大，从而占用了有限的信号裕度。产品设计师的挑战是平衡输入速度(等同价钱)和产生的抖动，因此时钟缓冲器只能容许非常低的抖动，这样当时钟信号倍增时，不会产生过大的抖动。

　　同样，USB交换器必须提供平滑转换。比如，交换器可以减少扩展坞等实际应用中使用的信号接口，降低成本。通过保持低电阻和低阻抗，交换器可以保持低的输入信号损耗，不让信号的瑕疵反馈到发送器，从而保持信号完整性。