延续USB 2.0高渗透率优势,目前PC与周边商品装载USB 3.0接口芯片的使用状况,已有逐步攀升趋势,加上支持多埠的Host主控芯片技术成熟度高,在计算机端、笔记本的接口应用加速周边产品相继推出,由于高速接口本身验证即具备较高难度,如何面对大量产品设计需求、同时兼具高速接口的传输水平,成为相关业者的新挑战.
在处理器厂商Intel、AMD相继宣布支持USB 3.0芯片后,也带动计算机、芯片半导体业者大规模部署USB 3.0产品,尤其是USB 3.0接口已摆脱USB 2.0接口的效能瓶颈,利用PCIe技术底层重新取得外部高速接口的规格优势,加上多埠支持的Host芯片技术成熟度渐增,将由PC与笔记本的大量装载,吸引更多周边业者投入支持USB 3.0高速接口。
虽然套用芯片商提供的公版设计,可以让开发时程加速,但若遭遇设计问题,仍须进行电路的全面逻辑分析与侦错。Tektronix
更多>业内评估,2012年第二季PC与笔记本装载多埠USB 3.0高速接口的比例将大幅增加,一方面是USB 3.0多埠Host芯片解决方案成本持续压低,另一方面是USB 3.0的周边产品也不再仅限外接硬盘、优盘等产品,预计将会有行动电话、平板计算机、数码相机...等周边推出,届时不只是善用USB 3.0的高速传输效能,而是装置周边也能因USB 3.0的接口电气规格提升,而获得充电效能提升效益。
USB 3.0 Host Controller 多埠化已成趋势
在处理器大厂Intel、AMD紧锣密鼓进行设计集成外,Renesas Electronics、Fresco Logic、Texas Instruments等Host Controller芯片业者积极布局Host芯片产品,尤其在USB 3.0传输速度效能全速可达USB 2.0十倍左右、整体耗电仅需USB 2.0的三分之一的优势下,让相关产品更具市场竞争力。
目前已有Texas Instruments、Fresco Logic、Renesas Electronics推出相关产品,尤其是4 Prot Host Controller将成兵家必争之地、8 Prot产品也积极抢占高阶市场,而原有早期的2 Port产品,将因性价比趋于弱势而逐渐式微,主控芯片的市场竞争将更趋白热化。
多埠设计使产品设计难度激增
但在USB 3.0高速接口的多埠化趋势下,将使得主控芯片的验证复杂度更高,因为多埠设计的Host Controller在电源管理、接口带宽动态配置、资料传输控制等项目复杂度极高,因为USB 3.0各项传输优势大幅考验电子电路的物理极限,亦考验芯片设计的实力。
基本上USB 3.0接口的电气规格大幅升级,单埠的供应电流也因为接口规范而大幅提升,虽可改善原有2.0接口的输出能力限制,却造成Host Controller的功耗管理必须更小心处理设计,应避免为达到接口设计验证、而徒增功耗浪费。
例如,Fresco即针对主控芯片的功耗问题,以GoXtream xHCI技术专利因应,以GoXtream xHCI技术方案来说,可利用Host Controller的动态带宽分配,让每埠输出可同时具备USB 3.0的全速运行要求,同时可满足低功耗、最小化成本的系统设计要求,而其它的主控芯片厂商,亦有各自对应的电源管理机制,在进行产品设计时大可善用芯片商提供的公版设计来发展产品集成设计需求,而在产品测试段,也能比较容易地简化后续验证工作。
USB 3.0虽带来高速优势 开发段也须更新验证设备
众多制造商选择发展USB 3.0的原因,不外乎USB 3.0高速与电源管理大幅升级带来的效益,但实际上目前USB 3.0解决方案部分仍采离散设计,除了成本较高问题外,也可能因为较多元件产生元件的载板占位面积过大、产品微缩不易,与组装成本、料件成本居高不下,甚至造成产品后期验证、测试的成本增加。
尤其是USB 3.0接口电源部分、ESD(ElectroStatic Discharge)保护等,规格发展初期较难找到完整的集成解决方案,而目前USB 3.0接口相关技术与资源已逐步到位,高度集成ESD保护功能、Spread-spectrum Clocking高度集成展频时脉功能,可让开发接口的料件清单成本至少压低5~8%,慎选高度集成的芯片方案,亦可将较复杂的验证工作减少不少。
USB 3.0实体层测试难度高
而在高速效能的对应方面,USB 3.0高达5Gbit/sec的高速传输效能,着实也成为产品测试与后端验证新挑战,因为现有的USB 3.0在PCIe 3.0规格逐步底定后,亦使USB 3.0实体层(Physical layer)测试难度提升数倍!
尤其是USB 3.0大幅翻新旧有2.0版的设计限制,加上传输速率有十倍提升,若开发商想在不更新量测设备进行USB 3.0产品开发,几乎不可能,相关的设备投资与升级,也必须在投入USB 3.0产品开发前就需先行部署所需的验证测试设备。
目前针对SuperSpeed USB 3.0接口已有大量兼容性、功能性的测试解决方案,主流的测试仪器厂商相继推出以高速测试需求设计、建置的实时取样示波器、任意波形产生器...等量测设备,由于相关测试案例、流程需针对USB 3.0的测试需求进行设备开发,因此更能符合高速串行技术协议所需的量测效能。
而USB 3.0的测试仪表,较USB 2.0测试需求会更须重视高带宽、低杂讯环境、准确撷取/分析串行接口的讯号时脉率,同时亦需针对多项数据/资料同时进行兼容性眼图分析,USB 3.0测试仪表的布署重点设备应包含任意波形产生器、DPOJET眼图分析工具、抖动产生工具、USB 3.0自动化兼容性测试软件,利用新设备对USB 3.0接口的针对性功能强化特色,轻松因应USB 3.0的测试需求。
测试仪表需跟上新接口需求 开发段亦需善用测试辅助软件
USB 3.0接口设计方案测试项目欲快速完成,仍须搭配更有效的专业软件进行批量与高精度的量测检验,例如,透过DPOJET抖动与眼图进阶分析工具产品,同时搭配抖动产生工具与一动画兼容测试软件,可以快速让开发者了解产品雏形的设计问题,将更多心力摆在功能性调校需求,快速验证新产品设计,甚至简化相对繁琐的产品除错工作。
而在PCI-SIG(Special Interest Group)在确定PCIe 3.0接口架构后,同时也确认了I/O技术已包含128bit/130bit编码解决方案,较原PCIe 2.0传输速率达2倍提升,即便PCIe 3.0仍维持PCIe回溯兼容特性,但实际上产品验证的难度却是增加3至4倍,尤其面对8GT/sec的大量庞大的资料传输量,PCIe 3.0仍须维持与旧版PCIe架构的向下兼容性。
另在电气规格方面,以PCIe 3.0为基础的USB 3.0接口,为沿用前代规格兼容的电路载板材料(FR4)与连接器,但高速传输对信号要求甚高,新的设计必须因应传输通道中讯号损失增加需更小的边际和更精密的抖动量测需求,高效能、高规格设计也令实体层的测试复杂度大增,实际产品除需大量借助新款专属仪表、测试设备进行验证,实体层的复杂度偏高,也必须利用实际元件进行大量插拔测试,以确保主板、转接卡与系统的集成表现与效能。
(来源:互联网)
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