嵌入式USB2 (eUSB2)标准详细解读

什么是eUSB2？
 
嵌入式USB2(eUSB2)规格是对USB2.0规格的补充，前者通过支持USB2.0接口在1V或1.2V而不是3.3V的I/O电压下工作，解决了接口控制器与高级片上系统(SoC)工艺节点集成的相关问题。eUSB2可让SoC体积更小、更节能，从而使工艺节点继续扩展，并提高在智能手机、平板电脑和笔记本电脑等应用中的性能。
 
eUSB2的重要性
 
随着智能手机和平板电脑等应用的尺寸越来越小、但组装元件越来越多，缩减接口尺寸也变得尤为重要。然而，不断缩减的SoC节点尺寸导致栅极氧化层越来越薄，只能支持更低的电压。对于使用USB2.0接口的器件，上述趋势会给高级工艺节点的设计带来复杂的挑战。
 
当工艺节点达到7nm时，量子效应开始影响高信号电压（如3.3V）的输入与输出(I/O)，而且输入与输出将不再能够轻松地得到设备支持。许多设备到设备的接口已经支持低信号电压，但USB2.0仍需要3.3V的I/O电压才能工作。为解决这一难题，USB开发者论坛 在2018年发布了eUSB2规格。
 
USB2.0和eUSB2的区别
 
USB2.0有线接口在过去20年曾风靡一时，几乎现在所有的SoC都配备了USB2.0接口。USB历代标准都完好地保留了原始3.3VI/OUSB1.0接口，以保持向后兼容性，从而实现了更广泛的应用和更大的生态系统，同时确保设备互操作性。
 
随着工艺节点到达5nm，维持USB2.03.3VI/O信号所需的制造成本呈指数级增长。eUSB2作为对USB2.0规格的物理层补充，弥补了I/O电压间隙，因此，设计人员可在器件级别集成eUSB2接口，同时在系统级利用和重复使用USB2.0接口。
 
eUSB2支持板载器件间连接（通过直接连接），也支持通过eUSB2转USB2.0中继器（如TUSB2E22 USB2.0-eUSB2双路中继器）的外露连接器接口，从而进行电平转换，如图1所述。 

 
图1：使用eUSB2中继器（如TUSB2E22）的eUSB2应用

当工艺节点为7nm及以上时，USB2.0可继续集成到SoC中，而当工艺节点为5nm及以下时，eUSB2则更适合集成到SoC中。如图1所示，eUSB2还可集成到其他器件中，从而作为器件间接口与SoC轻松互连。USB2.0将继续作为标准连接器接口。
 
eUSB2可显著降低I/O功率，提高电源效率，同时支持工艺节点继续扩展。表1展示了USB2.0和eUSB2之间的特性差异。

eUSB2前景
 
由于系统功率大幅降低，eUSB2非常适合用于I/O电压较小的器件间通信。当使用先进的SoC和5nm及以下的工艺节点时，小型电子产品的设计人员可在系统设计中采用eUSB2，同时继续受益于USB2.0接口的简易性、便于设计和广泛使用的特点。