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如何在先进工艺节点保留实现3.3V USB 2.0 ?

关键词:USB 低电压SOC桥接 驱动器

时间:2019-12-11 10:06:57      来源:网络

预计,最初将会出现eUSB2 (embedded USB2, 嵌入式USB2.0) 芯片,其能够与低电压SoC桥接(图1)。这将是一个eUSB2中继器。然后,那些从1998年就开始使用标准USB鼠标的用户或者从2005年就开始使用4MB闪存驱动器的用户就可以在2023年的高级笔记本电脑上使用它了。这种设置将大行其道,因为eUSB2 IP将能够提升信号强度并为外围设备或传统外设提供支持。

  eUSB2的重要性

  预计,最初将会出现eUSB2 (embedded USB2, 嵌入式USB2.0) 芯片,其能够与低电压SoC桥接(图1)。这将是一个eUSB2中继器。

  然后,那些从1998年就开始使用标准USB鼠标的用户或者从2005年就开始使用4MB闪存驱动器的用户就可以在2023年的高级笔记本电脑上使用它了。这种设置将大行其道,因为eUSB2 IP将能够提升信号强度并为外围设备或传统外设提供支持。


  图1:eUSB2框图


  产品中的eUSB2

  由于eUSB2使用较低的电压,因此,利用较低的电压可降低在设计中的功耗。笔记本电脑和平板电脑都可以利用这一特性。eUSB2 1V可用于芯片之间,只要USB外围设备具有eUSB2 IP,就不需要中继器。eUSB2可用于连接触摸屏、指针杆或触摸板。它可以以最高480 Mbps或Hi-Speed USB 2.0的速率连接到产品外壳/机箱内的任何东西。

  利用eUSB2降低功耗

  eUSB2使用较低的电压和功率,诸如单端信号,而不是差分对信号等功能,可以进一步降低功耗。对于有源(Active)或空闲(Idle)设备,这可以将功耗整整降低一个数量级——从数10 mW减少到几个mW。这意味着,在主动传输时,它将使用更少的电力。此外,当空闲和“侦听”数据时,例如当你按下触摸屏或敲击键盘或点击鼠标时,它会使用更少的电力。

  USB及其他

  eUSB2实现需要所有 USB速度,因为互操性要求所有USB2.0的速度;USB 2.0包括高速(480 Mbps)、全速(12 Mbps)和低速(1.5 Mbps)。

  关于eUSB2的补充(来源互联网)

  eUSB2将USB带入嵌入式系统


  随着USB生态系统向更小,功耗更低的过程节点发展,嵌入式USB2(eUSB2)的关键机遇出现了。工程师可以使用eUSB2进行低压芯片间通信,或者通过使用eUSB2中继器来提供完全兼容的USB 2.0接口。

  eUSB2支持两种不同的操作模式:

  纯模式通过直接eUSB2信号连接提供永久的板载芯片间通信,如图1所示。它提供了更低的输入/输出(I / O)电压和电源效率的优点,这些优点在规范附录“ USB版本2.0的嵌入式USB2(eUSB2)物理层附录”中实现。”,同时在协议层保持兼容USB 2.0。与许多其他芯片到芯片接口相比,eUSB2还支持更长的印刷电路板(PCB)迹线长度支持;高速芯片间(HSIC)和USB 2.0收发器宏单元接口以及低引脚接口(ULPI)通常最多为3英寸至4英寸。仅支持纯模式作为芯片间互连,并且不向后兼容物理USB 2.0规范。标准USB 2.0主机或设备无法直接连接到本机eUSB2应用程序。


  图1.通过纯模式的直接EUSB2信号连接可用于板载芯片间通信。


  中继器模式使实现eUSB2的芯片通过单独的eUSB2中继器连接到标准USB主机或设备。eUSB2中继器可将电平转换到USB 2.0的3.3 V物理接口,并将单端eUSB2全速/低速(FS / LS)信号转换为标准USB 2.0 FS / LS信号。通过eUSB2中继器将具有eUSB2接口的主机或设备芯片路由到标准USB连接器,将支持任何速度的USB 2.0连接,如图2所示。


  图2. EUSB2中继器可以将具有EUSB2接口的主机或设备芯片路由到标准USB连接器,以支持任何速度的USB 2.0连接。

  eUSB2中继器的USB 2.0接口满足标准USB 2.0端口的所有信号传输,互操作性和向后兼容要求,并且可以处理5 m的最大电缆长度。eUSB2中继器应用程序具有eUSB2标准为主机或设备芯片实现的较低I / O电压和电源效率的优势。使用较大的PCB时,可以将eUSB2中继器放置在靠近USB连接器的位置,从而简化了布线和信号完整性问题。

  eUSB2中继器非常灵活,可以通过eUSB2主机或设备的简单中继器配置信号在主机,设备或双角色设备上实现。

  eUSB2设计注意事项

  规格补充文件不会影响协议或应用程序层,允许重复使用现有的USB软件和驱动程序,但概述了可能影响系统设计和布局的物理层更改。

  阻抗

  eUSB2应用程序具有许多与典型USB 2.0设计相同的设计注意事项。您应将eD +(eUSB2数据+)和eD-(eUSB2数据-)线作为差分对进行布线,匹配走线长度,最好在坚固的接地层上布线。尽管eUSB2的标称PCB走线长度为10英寸(这提供了更大的布线灵活性),但eUSB2的输出阻抗为40Ω,差分终端阻抗为80Ω,而不是USB 2.0要求的45Ω/ 90Ω。为了在具有eUSB2和USB 2.0走线的PCB上实现更轻松的布线,对于eUSB2设计(本机或中继器),建议走线差分阻抗为85Ω。

  V BUS

  USB生态系统中的许多最新创新都围绕其电源传输功能而展开,而eUSB2规范与V BUS无关。纯模式应用程序可能没有V BUS组件,但转发器模式应用程序将需要处理eUSB2转发器外部的V BUS电源提供商或用户功能。

  集线器层

  USB 2.0规范在有效的总线拓扑结构中最多允许五层高速或FS集线器。虽然很少使用使用多层集线器的应用程序,但请注意,考虑到USB高速数据包开始同步字段截断和数据包末尾运球,eUSB2中继器等效于单个高速集线器层。由于抖动预算限制,eUSB2中继器等效于两个FS集线器层。

  结束语

  eUSB2的定位是帮助USB继续成为无处不在的连接接口,即使应用程序过渡到了低功耗,更小的过程节点。eUSB2中继器可实现先进半导体的互操作性,同时还向后兼容现有USB 2.0生态系统。

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