第三代通用序列传输口(USB3.0)承袭USB的便利性及多样性,一举将传输速度提升十倍,且保有对于现存USB装置的向下相容性,预期将迅速普及于个人电脑,消费电子,通讯等各式应用。现有的USB2.0缆线及连接器提供了四条信号线,包含VBus5V500mA直流供电,一对DP/DM半双工双向差分信号线,以及GND接地,以此四条接线提供了USB2.0的480Mbps的资料传输,及直流供电。USB3.0为了提供高达5Gbps的资料传输率,额外增加五条讯号线,包括两对单向传输的超高速(SuperSpeed)差分讯号:SSTX+,SSTX-,SSRX+,SSRX-,及多一组的接地接点,并将直流供电能力提升至5V900mA。其中的两对差分讯号分别负责传输及接收,提供双向全双工的5Gbps的传输能力。
图:USB3.0连接器,后排的USB3.0SuperSpeed信号接点。
图:USB3.0缆线示意图,蓝色部分为SuperSpeed5Gbps信号。
SuperSpeed5Gbps信号品质的系统设计及量测挑战
USB3.0SuperSpeed位元传输率高达5Gbps,且采用开放式接口,信号品质将直接影响装置相容性及传输效率,与使用者体验息息相关。主控芯片、印刷电路板、连接器、缆线甚至装置端芯片组,都是影响信号品质的关键。对于芯片厂商的类比传输设计能力,半导体制程变异,系统厂商的印刷电路设计布局都是全新的考验。不同于USB2.0的经验,信号品质的参考指标将不再只是传输端的眼图(Eyediagram)。USB3.0独立的传输及接收通道,系统接收能力也成为信号品质及系统设计的重要量测指标。接收端量测主要考验待测物对不同频率的时基误差容忍能力。容忍能力越强的芯片,代表其系统设计可较宽松,可使用较长的信号走线,也有较佳的装置相容性。
图:USB3.0SuperSpeed传输端信号量测眼图(Eyediagram)
图:USB3.0接收量测结果。横轴为时基误差的频率,纵轴为时基误差的振幅。绿点表示位元错误率低于10-12的测试基准点。黑线为测试基准规范。