面向多媒体应用的超高速USB

文章摘要：USB 3.0是什么？你能用它来干什么？USB 3.0推广小组成立于2007年英特尔信息技术峰会。6个成员公司（惠普、英特尔、微软、NEC、ST-NXP Wireless、德州仪器）起草了最初的规范，并与其他参与公司共同成立了由200名业内专家组成的组织，以确保在规范发布时能够获得广泛的支持。这个规范在2008年10月完成，任何希望采用它的公司都可以在2008年11月中旬获得该规范。图1 超高速USB 3.0的标识超高速USB与旧版本之间最明显的区别是速度提高了10倍以上：从480Mb/s提高到了5Gb/s。虽然USB 2.0高速，甚至USB全速（12Mb/s）和低速（1.5Mb/s）已经可以

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USB 3.0是什么？你能用它来干什么？

USB 3.0推广小组成立于2007年英特尔信息技术峰会。6个成员公司（惠普、英特尔、微软、NEC、ST-NXP Wireless、德州仪器）起草了最初的规范，并与其他参与公司共同成立了由200名业内专家组成的组织，以确保在规范发布时能够获得广泛的支持。这个规范在2008年10月完成，任何希望采用它的公司都可以在2008年11月中旬获得该规范。

图1 超高速USB 3.0的标识

超高速USB与旧版本之间最明显的区别是速度提高了10倍以上：从480Mb/s提高到了5Gb/s。虽然USB 2.0高速，甚至USB全速（12Mb/s）和低速（1.5Mb/s）已经可以满足许多应用，但是USB连接仍然可能成为其他应用中的大瓶颈。

此外，超高速USB将继续激发业界的创新思想，以开发新的应用和设备来利用更好的性能获益。5Gb/s的数据传输率应该能够为未来5年以上的时间提供发展空间。

新的电缆结构
传输速度的增加给现有的USB 2.0电缆带来了挑战。超高速USB需要屏蔽差分对（SDP）电缆来确保信号完整性并最小化电磁干扰。同时，电缆的最大长度也从USB 2.0的5m减少到超高速USB的3m。

物理层的电子信令方案也从简单的双线制转变为一种双单工（dual-simplex）数据通路。这是通过完全分离的连接实现的，而不再是现有USB 2.0中的双线接口。这样做的目的是能够在3m电缆上实现5Gb/s的传输速率。此外，虽然需要为满足电子信令方案而做出更改，但主机却不用提供新的波形因数插头或插座；如果可能，在外围设备上也无须做出更改。

图2 超高速USB电缆横截面显示了与2.0的差别

超高速USB信令方案
为了将风险降至最低，推广小组确定新的信令方案应该与PCI-Express相似。这种连接保留了边带功能而无须额外增加电线，并且给接收端提供了检测连接/断开的功能。

超高速USB和PCI-Express的信令方案存在很大的差别。超高速USB不使用公共时钟架构。它在两个边带上都需要扩展频谱，还需要接收端提供均衡功能。时间抖动的处理也采用了不同的方式。同时，这种方案也没有提供边带引脚用来进行连接/断开检测，链路重置，电源管理控制或唤醒。

另一项关键的改变是提高了总线电源效率。这非常有利于延长便携式设备的电池寿命，这一点同时适用于主机和外围设备。这种规范定义了极好的电源特性，特别是对于空闲链路而言。上行和下行端口都能够使链路进入低功耗状态。本地电源管理控制使用多个链路功耗状态以进一步改善电源效率。另一种节能方法无须再对所有设备进行轮流检测。

超高速USB标准的关键是尽可能地提供对USB 2.0的向上兼容性。如前所述，超高速USB的信令方案是通过不同的导线实现的，这一点不同于USB 2.0。

这一点给电缆和接头工作组带来了极大的挑战：他们需要在插座和插头上新增5根导线，还需要保证现有的USB 2.0插头能够插入超高速USB插座中，超高速USB 3.0插头可以插入USB 2.0插座中，而且在所有情况下链路都能够正常工作。

解决方案：在现有插头和插座的插入面新增5条导线。这样就提供了与USB 2.0相同的机械接口，提供了完整的后向兼容性（见图3～图5）。

图3 超高速USB标准A型插座和插头

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