USB 3.0正逐渐成为最有远景的数据传输接口之一。比较USB 2.0，USB 3.0速率快10倍，达5.0Gbps;供给异步机制，可以同步收发数据;并供给了高达900mA的电源输出。3D摄像头号跨笔记本电脑、PC、平板电脑和智能手机的新运用正使USB 3.0变成下一代体系I/O互联的事实规范。
在体系中规划USB 3.0时，需求考虑两个重要问题。USB 3.0作为一种高速传输接口，信号完好性是体系规划人员遇到的首要问题——它会下降传输信号的质量。信号调度运用加剧和均衡技能校对颤动和衰减损耗，为信号完好性康复供给了解决方案。在线路中添加补偿器材(如ReDriver)，可以对通道内其余部分发生的衰减进行补偿。
扩展USB 3.0运用的另一个重要办法是选用USB开关器材。规划人员要想加速上市时刻，需求可以在其现有规划中灵敏运用USB 3.0/2.0接口。选用USB开关，将无需对USB 3.0进行调试，然后可以协助快速完成这一方针。
用USB ReDriver延伸USB信号的传输间隔
规划人员在规划USB 3.0体系时所面对的一个应战是，怎么保证高速传输的信号可以在阅历最长的间隔后，依然坚持杰出的质量。例如在正在鼓起的PC机3D摄像头运用中，3D数据在USB 3.0 3D摄像头和USB 3.0主机之间传输时，有牢靠的USB 3.0衔接、接纳端均衡损耗补偿、有用的USB 3.0电源办理以及最低的误码率。跟着USB接口在移动设备上变得盛行，新的Type-C接口推向市场;Type-C衔接器及带Type-C开关的Type-C线缆的插入损耗，将进一步下降USB 3.0高速信道的信号完好性质量。
坚持信号完好性一般经过下降发射器与接纳器之间的通讯损耗来完成。可是，跟着信号频率添加，PCB走线、衔接器、过孔和线缆上的损耗也将添加。高速信号也更简略遭到环境噪声的影响。依据特定的运用协议，总损耗会超出操控器所能牢靠传输数据的才能(即至少将误码率保持在10-12)。
一般，FR4 PCB资料传输速率每添加10Gbps，通道损耗就会添加约1dB。衔接器和过孔损耗也要算进来。
关于开发人员运用高速接口开发体系的状况，有两个目标正成为影响体系完好性的重要目标：功率和工艺尺度。杂乱的体系级芯片(SoC)在单芯片上集成了处理器、I/O、内存以及其他功用。为了进步处理功用，完成较高的功率功率，SoC将作业电压下降，并选用较小尺度规划。这些器材与前代体系引脚兼容，以简化在现有规划中的集成。因而，规划人员可以以较低的本钱取得较好的功用和功耗。
可是，工艺尺度缩小却存在SoC驱动信号下降的问题。比方，手机和其他小尺度体系的芯片组制造商面对的问题是，这些电池供电器材需求以相同功率供给更好的功用，以至于不会影响电池寿数。可是，作业在较高频率会添加功耗。处理器要降低功耗影响，就需求下降作业电压。另一方面，通讯通道的输出电压已定。可是，SoC内部的不同功用模块都是针对超低功耗而规划的，全体规划或许约束可用驱动功率，并极大下降高速链路的驱动输出，继而下降驱动长度(一些SoC不或许针对超低功率规划，依然会保持高功率驱动输出)。
在5Gbps的信号速率下，就能看到工艺尺度下降对信号完好性的影响。这些影响包含：较低的作业电压、EMI以及走线/线缆长度。例如，当SoC迁移到下一个工艺节点时，集成USB操控器的驱动长度或许下降一半。 因而，若SoC与前代引脚兼容，它将无法做到驱动兼容。通道损耗在信号驱动下降的状况下或许变得太大，这样，选用前代SoC规划的契合规范的通讯通道迁移到下一代器材时，就有或许变得不牢靠了。
为了验证具有高速接口的设备可以经过一致性测验，许多开发人员经过在接纳端丈量信号眼图来测验信号完好性。
图1(A)中，发送端信号眼图很好地翻开，而且信号颤动和衰减在可接受范围内。可是，通道内走线(规范FR4 PCB在12Gbps速率下损耗约为1.2dB/in)、过孔(每个达2dB)、线缆(依据线缆质量，在1.9~4.4dB/m之间)和衔接器(0.5~1.5dB)所发生的总信号损耗太大，接纳端信号眼图封闭，误码率明显上升(图1(B))。这下降了通道的牢靠性和吞吐率。信号调度运用加剧和均衡技能校对颤动和衰减损耗，为信号完好性康复供给了一种办法。在通讯通道内引进ReDriver或中继器后，ReDriver会对接纳信号所发生的损耗进行校对，并对通道剩下部分会发生的损耗进行补偿。在选用ReDriver对信号进行调度后，接纳端的信号眼图翻开，信号和数据完好性得以康复(图2)。这样，信号可以牢靠传输更远间隔，衔接器的个数可以添加。
为取得最好的功用，ReDriver在通道内的抱负方位是中点，以将其两头的通道损耗平分。
ReDriver EMI Type-C
ReDriver供给的信号调度对通讯信道是通明的。它不会对数据进行解码或对协议指令进行评价，而是康复开始信号的完好性，使其经过。ReDriver的参数依据通道表征选取，它将独立于体系的其余部分作业。
关于运用线缆的(例如许多消费类电子)运用，信号完好性特别重要。顾客希望可以如自己希望的那样运用设备。假定用户想要经过线缆将手机衔接到电视，线缆至少需求有两米长，才能使衔接到电视背面，不至于运用户离屏幕太近而感到不舒适。顾客一般不会参阅接口规范，他们买回线缆是希望它能作业。这样，他们买到的线缆或许比体系指定的更长，或许运用质量较差、屏蔽欠好的线缆。
跟着便携设备新运用的添加，对较长和较廉价线缆供给支撑的需求将会日积月累。尽管这些运用或许最终会选用无线通讯，可是现在还没到这个时分。例如，在大多数顾客都有可传送视频流的便携设备时，仅有少量电视供给无线衔接。因而，保证线缆的信号完好性对顾客来说将是一个重要特性。选用ReDriver延伸长度的“有源”线缆在市场上正不断添加。
为了完成最佳功用，ReDriver的输入和输出都要进行表征，以匹配其所放入的实践通道。抱负状况下，高速接口应规划成闭合通道或受约束的敞开通道，这意味着通道最大长度由通道损耗小于4dB确认。具有数据线的运用经过供给规范的数据线可规划成闭合通道。
ReDriver放置需求考虑体系的整个架构。例如，关于许多小尺度设备，损耗的中点或许在附加线缆的中心方位。在这种状况下，将ReDriver放在离衔接器尽或许近的方位，可以完成最好的信号调度。确认最佳方位需作正规的通道剖析。更杂乱的体系或许要放在不同的方位。
SoC架构的一个优势是将运用所需的多个功用集成到一个单芯片中。这种办法的优势很明显，包含功耗、尺度和价格下降，以及使规划得到简化(因为功用模块的耦合愈加严密)。可是，这对信号驱动带来了晦气一面。
信号驱动输出较高会发生电磁搅扰(EMI)，对附近电路发生不希望的噪声。在SoC的有限区域内，高速接口的EMI会对RF子体系构成损坏。这不只会下降射频牢靠性，还会迫使射频电路耗费更多的功率，以补偿传输间隔下降，然后使功耗添加。
EMI对体系牢靠性的影响取决于体系的总体规划。例如，在手机和平板电脑中，考虑到满意紧凑空间的需求，I/O口线一般是绕过电池布线的。摄像头/USB端口一般设置在体系的顶部和底部——SoC因为MIPI-CSI2接口而放在摄像头附近;SoC与USB端口的衔接则经过带专有衔接器的柔性印制线(FPC)来完成(图3)。
USB 3.0输出摆幅，下降EMI搅扰的影响;在信号脱离手机时，可添加信号摆幅，并对通道损耗进行补偿。
柔性印制线在手机中会构成一根约7”的天线，它还会对体系发生很大搅扰。为了下降RF和USB 3.0信号的搅扰，需求对接口走线进行屏蔽。可是因为走线长度、方位以及手机空间十分紧凑的原因，这就很难完成。
另一种办法是经过在衔接器附近放置外部ReDriver，让SoC驱动信号可以以较低的摆幅输出。因为经过手机的驱动电流较低，芯片组和衔接器之间信号途径发生的EMI得到下降。这意味着搅扰减小，可以无需选用附加屏蔽。因为ReDriver可以放置在衔接器周围，信号可以在脱离手机时扩大，然后可进一步下降EMI。
ReDriver放在衔接器附近使得对这部分进行屏蔽愈加简略而且本钱较低。将体系这样区分还能使规划人员在安置芯片组、射频电路和天线时愈加灵敏。
此外，将ReDriver放置在手机边际处，还能经过在ReDriver两头平衡通道损耗使其愈加有用。若信号调度功用集成到SoC上，总的通道长度包含7”走线以及芯片组附近的转化部分。若信号是由衔接器附近的ReDriver扩大和调度的，ReDriver和芯片组之间的任何损耗都可以独自处理而不必混合在一起处理，这使规划人员可以取得更大余量。一起，这也能提高信号余量，然后支撑更长或更低质量的线缆。
USB开关将一个USB 3.0接口扩展至多个
在选用USB作为接口规范的运用中，需求选用USB开关对USB信号进行衔接和路由。规划人员选用USB开关，只需对现有规划进行修正，而无需从头开发新的体系，然后可以协助下降规划周期。例如，在现场调试运用中，USB开关能为调试供给可选途径，而无需影响设备作业。
USB开关(多路复用/解复用器，Mux/De-Mux)是一种双向器材，从多路USB输入信号中挑选一路(USB 3.0为Tx+、Tx-/Rx+、Rx-)传输到单根线路，或许是反方向传输。USB开关选用带电荷泵的NMOS管规划;电荷泵可以协助提高栅极电压，防止输出电压受阈值钳位(图4、图5)。
挑选USB开关时需求考虑8个要害参数：
3dB带宽：3dB带宽一般指设备在可接受损耗下可以路由的最大频率信号。要使USB 3.0信号可以在5Gbps速率下抱负作业，作业频率应大于2.5GHz。频率越高，体系功用越好。Pericom供给的USB 3.0开关，其3dB带宽高达10.6GHz。
导通电阻及Ron平整度：导通电阻(Ron)是漏极和源极之间开封闭合时的电阻。Ron应尽或许低，以在吞吐过程中做到简直无能量损耗。Ron平整度是导通电阻在整个信号范围下的改变程度。Ron平整度界说为在指定模仿信号范围内，导通电阻的最大和最小丈量值之差。Ron平整度与失真有关，因而它越低，失真越小。
插入损耗：插入损耗是衡量给定频率下功率损耗或信号衰减的目标。该目标以dB表明，大于1或2dB将使峰值信号电平衰减，添加上升时刻和下降时刻。Pericom USB 3.0开关的插入损耗在5GHz时为-1.3dB。
回来损耗：回来损耗一般是因为电路间的阻抗失配而导致的。回来损耗越低越好，具有较好回来损耗功用的开关可以保证开关的最优功率传输。Pericom的PI3USB304在2.5GHz下的回来损耗为-30dB。
关断阻隔：关断阻隔是关断状态下的开关从附近导通状态下的开关捕获的噪声巨细。在较高频率下(如5Gbps或2.5GHz的USB 3.0、8Gbps或4GHz的PCIe 3.0)，阻隔变得愈加剧要。较好的阻隔可下降信号受其他通道信号的影响，保持被测信号的完好性，下降体系丈量的不确认性。Pericom的PI3USB304在2.5GHz下的关断阻隔为-26.7dB。
串扰：串扰是电路之间信号耦合的程度。串扰一般是由一个电路(电路的一部分或许通道)受另一个电路不希望的电容、电感或电导性耦合所引起的。较高的串扰会使信号劣化。PI3USB304在2.5GHz下的串扰为-38dB。
ESD维护：ESD维护是USB开关的一项重要功用。规范的USB开关规划成能接受高达±2kV的人体模型(HBM)放电。规划人员可在外部添加附加的ESD维护，可是这会献身名贵的电路板面积，对输入/输出线路添加%&&&&&%。因而，Pericom USB开关规划成可以接受高达±8kV的ESD。
过压维护：过压维护意味着保证开关可以接受模仿输入上超过电源的指定电压。Pericom的USB开关具有5V维护。
评论完规划USB开关时应留意的功用和要害目标，这儿再介绍一些USB3.0的详细运用。
在笔记本扩展底座运用中，USB 3.0开关可用于在笔记本USB端口和扩展底座USB衔接器之间完成切换(图4)。在该运用中运用USB 3.0 ReDriver，还可协助康复PCB、线缆和衔接器上的信号完好性问题。
WiFi内存是一种简略的无线设备，主要由三个简略模块组成：集成WiFi模块、MCU和内置内存(HDD)。WiFi内存选用USB 3.0开关，在HDD和经过WiFi模块或USB端口衔接的设备之间传输数据(图7)。
KVM开关(KVM是“键盘、视频和鼠标”的缩写)是一种运用户可以经过USB接口，运用一个或多个键盘、视频监视器和鼠标操控多台计算机的硬件设备。USB开关使USB 3.0设备(键盘或鼠标)可以在两个USB主机体系中进行挑选，或许在两个USB 3.0设备之间同享USB 3.0主机体系。
本文小结
针对3D摄像头和Type-C等运用中的信号完好性问题，Pericom公司供给了一系列有用的低功耗USB 3.0 ReDriver解决方案。Pericom超低功耗USB 3.0 ReDriver可以增强3D摄像头/Type-C运用的眼图余量;保证USB 3.0主机和设备之间的衔接牢靠，并具有低误码率。该器材已获USB 3.0 Compliance Committee/Workshop彻底认证;可以康复FR4走线、过孔、衔接器、FPC线缆和外部USB 3.0线缆对信号的影响;并能在USB 3.0端点处补偿均衡损耗。
一起，Pericom公司供给了一系列的USB开关产品，包含1.8V和3.3V供电、2:1和4:1多路复用，以及USB 3.0和USB 2.0混合开关等多种类型。该公司供给的现成解决方案还可以协助规划人员加速体系规划。
