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(多图) USB 3.0接口应用的设计考虑因素

Joseph Juan?? Prasad Tawade?? Pericom公司?? 2015年01月22日 ?? 收藏6

USB开关将一个USB 3.0接口扩展至多个

在采用USB作为接口标准的应用中,需要采用USB开关对USB信号进行连接和路由。设计人员采用USB开关,只需对现有设计进行修改,而无需重新开发新的系统,从而能够帮助降低设计周期。例如,在现场调试应用中,USB开关能为调试提供可选路径,而无需影响设备工作。

USB开关(多路复用/解复用器,Mux/De-Mux)是一种双向器件,从多路USB输入信号中选择一路(USB 3.0为Tx+、Tx-/Rx+、Rx-)传输到单根线路,或者是反方向传输。USB开关采用带电荷泵的NMOS管设计;电荷泵能够帮助提升栅极电压,避免输出电压受阈值钳位(图4、图5)。

图4:在USB开关中,NMOS开关的栅极带有电荷泵。
图4:在USB开关中,NMOS开关的栅极带有电荷泵。

图5:1:2通道USB 3.0开关。
图5:1:2通道USB 3.0开关。

选择USB开关时需要考虑8个关键参数:

3dB带宽:3dB带宽一般指设备在可接受损耗下能够路由的最大频率信号。要使USB 3.0信号能够在5Gbps速率下理想工作,工作频率应大于2.5GHz。频率越高,系统性能越好。Pericom提供的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关闭合时的电阻。Ron应尽可能低,以在吞吐过程中做到几乎无能量损耗。Ron平整度是导通电阻在整个信号范围下的变化程度。Ron平整度定义为在指定模拟信号范围内,导通电阻的最大和最小测量值之差。Ron平整度与失真有关,因此它越低,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指标。该指标以dB表示,大于1或2dB将使峰值信号电平衰减,增加上升时间和下降时间。Pericom USB 3.0开关的插入损耗在5GHz时为-1.3dB。

返回损耗:返回损耗一般是由于电路间的阻抗失配而导致的。返回损耗越低越好,具有较好返回损耗性能的开关能够确保开关的最优功率传输。Pericom的PI3USB304在2.5GHz下的返回损耗为-30dB。

关断隔离:关断隔离是关断状态下的开关从邻近导通状态下的开关捕获的噪声大小。在较高频率下(如5Gbps或2.5GHz的USB 3.0、8Gbps或4GHz的PCIe 3.0),隔离变得更加重要。较好的隔离可降低信号受其他通道信号的影响,维持被测信号的完整性,降低系统测量的不确定性。Pericom的PI3USB304在2.5GHz下的关断隔离为-26.7dB。

串扰:串扰是电路之间信号耦合的程度。串扰通常是由一个电路(电路的一部分或者通道)受另一个电路不期望的电容、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保护:ESD保护是USB开关的一项重要功能。标准的USB开关设计成能承受高达±2kV的人体模型(HBM)放电。设计人员可在外部增加附加的ESD保护,但是这会牺牲宝贵的电路板面积,对输入/输出线路增加电容。因此,Pericom USB开关设计成能够承受高达±8kV的ESD。

过压保护:过压保护意味着确保开关能够承受模拟输入上超过电源的指定电压。Pericom的USB开关具有5V保护。

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USB 3.0接口? 信号完整性? USB ReDriver? EMI?

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