在處理新的 SuperSpeed USB 3.0 標(biāo)準(zhǔn)時，保持高速信號的完整性是最大的挑戰(zhàn)之一。信號轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可以增強和均衡信號，而多路復(fù)用器可以最大限度地減少端口遠離主機控制器的系統(tǒng)的性能下降。其結(jié)果是一個靈活、可靠的 USB 3.0 系統(tǒng)，可保持信號完整性。
　　USB 在全球的安裝量超過 60 億臺，幾乎 100% 存在于所有 PC 和外圍設(shè)備中，是無可爭議的接口之王。運行速度為 480 Mbps 的高速 USB 2.0 在過去十年中已經(jīng)滿足了大多數(shù)消費者的需求，但現(xiàn)在，隨著高清視頻成為常態(tài)，人們渴望更快地下載數(shù)字內(nèi)容，是時候進行升級了。
　　新規(guī)范 SuperSpeed USB 3.0 的帶寬足足增加了 10 倍，通過雙絞線電纜的運行速度高達 5 Gbps。新規(guī)范向后兼容 USB 2.0，但現(xiàn)實是 USB 3.0 是另一種動物。USB 2.0 使用簡單的基于總線的架構(gòu)以及監(jiān)督操作的主機，而 USB 3.0 使用更復(fù)雜的差分信號技術(shù)，包括端口定向、分組環(huán)境中的雙向連接。
　　對于具有其他高速串行接口（例如第二代和第三代 PCI Express）經(jīng)驗的工程師來說，從 USB 2.0 過渡到 USB 3.0 將更容易，因為這些協(xié)議與 USB 3.0 非常相似，尤其是在物理層。但只有 USB 2.0 經(jīng)驗的工程師在開始處理 USB 3.0 的多千兆位信號速率時可能會面臨學(xué)習(xí)曲線。與任何高速接口一樣，USB 3.0 面臨的最大挑戰(zhàn)之一是信號完整性。
　　隨著信號速度的提高，信號質(zhì)量會迅速下降，尤其是當(dāng)傳輸涉及長 PCB 走線、多個連接器和不同長度的電纜時。
　　為了幫助提高高速信號完整性，恩智浦開發(fā)了可增強和均衡信號的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，以及可最大限度減少端口遠離主機控制器的系統(tǒng)中的信號衰減的多路復(fù)用器。在本文中，我們介紹 PTN36241B 和 PTN36242L 轉(zhuǎn)接驅(qū)動器以及 CBTL02042A/B 和 CBTL02043A/B 多路復(fù)用器，并了解它們?nèi)绾螏椭O(shè)計人員創(chuàng)建符合 USB 合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的可靠、靈活的 USB 3.0 系統(tǒng)。
　　PTN36241B 和 PTN36242L 轉(zhuǎn)接驅(qū)動器 USB 3.0 控制器現(xiàn)已集成到距離 USB 端口一定距離的芯片組中。如果控制器和端口連接器之間的 PCB 走線太長，信號將迅速衰減。信號轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可以增強信號，使其在到達端口所需的距離時保持其完整性?！　⊥ㄟ^電纜傳輸也會出現(xiàn)類似的信號完整性問題。USB 3.0 可能比 USB 2.0 快十倍，但最大電纜長度更短。使用 USB 2.0，信號傳輸至少五米，但使用 USB 3.0，標(biāo)準(zhǔn)電纜限制僅為三米。這里也可以使用信號轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，以在更長的距離上傳輸信號。通過設(shè)計在電纜延長器中的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，USB 3.0 信號可以可靠地傳輸七米或更遠。NXP 開發(fā)了兩款適用于 USB 3.0 的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器：單端口 PTN36241B 和雙端口 PTN3624L。這兩款器件均可在一系列 USB 3.0 環(huán)境中提供業(yè)界領(lǐng)先的信號完整性。圖 1 顯示了單端口 PTN36241B 的示例配置。雙端口 PTN3624L 可用于類似的配置，

　　　　圖 1 單端口 PTN36241B USB 3.0 轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的示例應(yīng)用
　　兩款 NXP 轉(zhuǎn)接驅(qū)動器均通過兩個通道支持 5 Gbps。一個通道的數(shù)據(jù)流面向 USB 主機，而另一通道面向 USB 外設(shè)或設(shè)備。每個通道均包含一個 SuperSpeed 發(fā)送 (Tx) 差分通道和一個 SuperSpeed (Rx) 差分通道。在大多數(shù)情況下，這種配置允許設(shè)計人員將系統(tǒng)從 USB 2.0 過渡到 USB 3.0，而無需更改外形尺寸或 PCB 材料 (FR4)，從而以快速、廉價的方式交付新的向后兼容系統(tǒng)。引腳排列還可以將走線路由與 USB 3.0 連接器相匹配。每個轉(zhuǎn)接驅(qū)動器都會調(diào)節(jié) USB 3.0 信號，以便傳輸更遠的距離。該設(shè)備對惡化的輸入信號執(zhí)行接收均衡，然后以去加重的方式發(fā)送信號，以最大限度地提高系統(tǒng)鏈路性能。這兩款器件都配備了多個配置引腳（PTN36241B 有五個級別，PTN36242L 有四個級別），因此每個通道都可以選擇接收器均衡、發(fā)送器去加重和輸出擺幅級別。每個通道上具有可選的發(fā)送去加重和輸出擺幅，可提供適合特定通道條件的信號預(yù)補償。集成終端電阻在發(fā)送和接收路徑上提供阻抗匹配，并且自動指示和檢測接收器終端。PTN36241B 在五級配置引腳上提供 I2C 總線接口的智能復(fù)用。默認(rèn)情況下，該器件配置有板載級別的配置引腳。當(dāng)通過這些復(fù)用引腳執(zhí)行 I 2C 總線讀/寫操作時，該器件對每個 I 2C 事務(wù)進行解碼并相應(yīng)地配置其內(nèi)部功能。內(nèi)置電源管理功能可通過各種 USB 3.0 低功耗模式 (U2/U3) 顯著節(jié)省功耗。該器件檢測 LFPS 信令和鏈路的電氣狀況，并可以動態(tài)激活或停用內(nèi)部電路和邏輯。該器件無需主機軟件干預(yù)即可執(zhí)行這些操作并節(jié)省電量。每個轉(zhuǎn)接驅(qū)動器都支持自動兼容技術(shù)，可實現(xiàn)由內(nèi)部狀態(tài)機控制的一致性測試，從而無需單獨的硬件一致性引腳。兩個轉(zhuǎn)接驅(qū)動器均由 3.3 V 電源供電。單端口 PTN36241B 采用 HVQFN24 封裝（4 x 4 x 1 mm，0.5 mm 間距），雙端口 PTN36242L 采用 HVQFN32 封裝（3 x 6 x 0.85 mm，0.5 mm）。
　　CBTL02042A/B 和 CBTL02043A/B 開關(guān)
　　CBTL02042A/B 和 CBTL02043A/B 專為高速串行接口應(yīng)用而設(shè)計，是具有兩個差分通道的 2 對 1 多路復(fù)用器/解復(fù)用器開關(guān)。它們用于將兩個差分信號切換到信號衰減較低的兩個位置之一。CBTL02042A/B 支持高達 7 GHz 的帶寬，CBTL02043A/B 是業(yè)界首款支持高達 10 GHz 帶寬的交換機。圖 2 給出了一個示例應(yīng)用程序，其中 CBTL02042A 用于在筆記本電腦的主主板和擴展塢之間進行復(fù)用。
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　　圖 2 CBTL02042A 可以在筆記本電腦主板和擴展塢之間進行復(fù)用
　　恩智浦的高帶寬 CMOS 傳輸門技術(shù)最大限度地降低了開關(guān)阻抗，并允許擴展現(xiàn)有的高速端口，從而有助于提高帶寬和降低插入損耗。獨特的設(shè)計技術(shù)最大限度地降低了開關(guān)的阻抗，使得通過開關(guān)觀察到的衰減可以忽略不計。該技術(shù)還最大限度地減少了高速接口所要求的通道間偏移和通道間串?dāng)_。因此，這兩款器件都具有極低的插入損耗：100 MHz 時為 -0.5 dB，4.0 GHz 時為 -1.3 dB。圖 3 給出了 CBTL02043A/B 的差分插入損耗行為。
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　　圖3 CBTL02043A開關(guān)的差分插損
　　這兩款器件均設(shè)計用于擴展現(xiàn)有的高速端口，以實現(xiàn)極低的功耗。每個都配備了關(guān)閉功能，以最大限度地減少應(yīng)用程序不活動時的功耗。待機電流消耗小于 1 ?A。這兩款器件均采用緊湊型 DHVQFN20 封裝，并提供不同的引腳排列以支持特定的應(yīng)用布局?！癆”版本使用“流通”引腳排列，在封裝的相對兩側(cè)具有輸入和輸出引腳。它們非常適合與主板上具有不同信號源的邊緣連接器一起使用，以及信號傳播變化且走線長度不那么重要的情況。“B”版本使用“環(huán)繞式”引腳排列，并且在封裝的兩側(cè)都有輸出。