USB演進(jìn)

　　通用串行總線(USB，Universal Serial BUS)技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，在USB設(shè)計(jì)論壇(USB-IF)及相關(guān)廠商的大力推動(dòng)下，已經(jīng)成為名副其實(shí)應(yīng)用最廣泛的外部數(shù)據(jù)傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)，并且逐漸擴(kuò)展到PC以外的諸多應(yīng)用。全球有超過(guò)100億臺(tái)的計(jì)算機(jī)外設(shè)和消費(fèi)電子產(chǎn)品支持USB連接端口作為其主要或唯一的傳輸接口，USB可說(shuō)是有史以來(lái)最成功的連接技術(shù)。更令人驚嘆的是，據(jù)估計(jì)，USB生態(tài)系統(tǒng)仍以每年30億臺(tái)的速度持續(xù)擴(kuò)展，幾乎已將“即插即用”的簡(jiǎn)易性帶到每一臺(tái)電子設(shè)備中，為消費(fèi)者提供開箱即用的絕佳使用體驗(yàn)。大眾所熟悉的USB接頭和線纜已被視為兼容性的象征，能為各種層面的用戶體驗(yàn)創(chuàng)造一個(gè)無(wú)縫的、無(wú)所不在的連接世界。

　　隨著用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率需求不斷提升，USB2.0已經(jīng)無(wú)法滿足多媒體應(yīng)用對(duì)傳輸?shù)男枰?，USB-IF在2008年11月推出全新超高速USB(SuperSpeed USB)標(biāo)準(zhǔn)，即USB3.0，旨在滿足富媒體和大型數(shù)字文件傳輸帶寬的要求。USB 3.0 規(guī)定的 5Gb/s 數(shù)據(jù)率和 200Mb/s 的數(shù)據(jù)吞吐率是 USB 2.0 的10倍。USB系統(tǒng)的演進(jìn)如圖1所示，USB3.0可以兼容原有各種USB傳輸標(biāo)準(zhǔn)，以及支持未來(lái)的光纖傳輸，如圖2 所示。

　　USB 3.0 的推出解決了 USB 2.0 一些性能瓶頸問(wèn)題。高速 USB 2.0 提供 480Mb/s 的數(shù)據(jù)率，但實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐率往往受 I/O 性能限制而超不過(guò) 35MB/s。當(dāng)下載較大文件時(shí)，較高的吞吐率能節(jié)省可觀的傳輸時(shí)間。USB 3.0 可提供高達(dá) 5Gb/s 的數(shù)據(jù)傳輸率和 200MB/s 以上的數(shù)據(jù)吞吐率，實(shí)際中的表現(xiàn)區(qū)別詳見表1。

　　全新特性

　　USB 2.0接口共有4條線路，其中兩條對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)輸入輸出，另外兩條分別是供電和地線。USB 3.0在此基礎(chǔ)上增加了5個(gè)觸點(diǎn)，其中有四條線，兩條為數(shù)據(jù)輸出，兩條數(shù)據(jù)輸入，并且這四條線路可以實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)傳輸，即采用了對(duì)偶單純形四線制差分信號(hào)線。這樣整個(gè)配線系統(tǒng)總共就有 8 條線，4 條遵從 USB 2.0 規(guī)范和用于確保向后兼容性，新增的4 條線配置為專門用于 USB 3.0 通信的兩對(duì)線(如圖3)。它們采用全單工工作模式，一對(duì)線發(fā)送，另一對(duì)線接收。解決了USB 2.0的輸入輸出線路無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)工作(即輸入信號(hào)時(shí)無(wú)法輸出的問(wèn)題)之后，USB3.0的雙向傳輸模式大大提高了傳輸速度。

　　SMSC計(jì)算與連接事業(yè)部門營(yíng)銷總監(jiān)Mark Fu特別介紹道，USB 3.0在物理層、鏈接層以及協(xié)議層提供其它的優(yōu)點(diǎn)，這使它成為顯示應(yīng)用的理想選擇。

　　在物理層，SuperSpeed USB的每比特位功率較USB 2.0為低，因此，其速度雖然增加了10倍，功耗增加卻很少。Super Speed信號(hào)為基于專用TX和RX差分信號(hào)對(duì)的雙單工(dual simplex)信號(hào)，因此總線不需要處理雙向流量。由于顯示器僅單純地接收信號(hào)，因此從USB 3.0主機(jī)端流向SuperSpeed USB顯示器的大量顯示數(shù)據(jù)不會(huì)影響反方向數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?/p>

　　在鏈接層，USB 3.0使用先進(jìn)編碼技術(shù)以達(dá)到10-20的誤碼率，因此可做為穩(wěn)健且可靠的視頻傳輸總線。擴(kuò)展到四個(gè)鏈接功耗狀態(tài)的電源管理提供了實(shí)現(xiàn)高效單位數(shù)據(jù)功耗的良好基礎(chǔ)。事實(shí)上，每個(gè)設(shè)備都能驅(qū)動(dòng)自己的鏈接狀態(tài)，以達(dá)到所需的功率特性。當(dāng)某特定設(shè)備沒(méi)有待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，此設(shè)備可將其鏈接設(shè)定在低功耗狀態(tài)，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備造成影響。除了鏈接層，USB 3.0還進(jìn)一步采用了一個(gè)全局性的電源管理方案。它在物理層、鏈接層、協(xié)議層、主機(jī)端、集線器和設(shè)備端等所有層級(jí)中，都采取了省電技術(shù)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的電源效率。在功耗盡可能降低的同時(shí)，每一個(gè)端口上USB 3.0線纜能獲得高達(dá)4.5瓦 (900 mA @ 5V)的功率，接近USB 2.0的 2.5瓦的兩倍。這有可能催生出總線供電的嶄新應(yīng)用，也許利用單根USB線纜即可為臺(tái)式顯示器供電。更令人興奮的是，液晶面板技術(shù)的最新進(jìn)展亦同時(shí)集中在如何大幅降低功率上面。高功效的LED背光、亮度增強(qiáng)膜以及 場(chǎng)序制彩色(field sequential color )LCD技術(shù)等，都試圖把顯示器的功耗降低到可控水平，最終有望實(shí)現(xiàn)以單根USB纜線為顯示器供電的目標(biāo)。這些技術(shù)的發(fā)展，將使USB顯示器成為與USB鼠標(biāo)或閃存一樣普遍的應(yīng)用。

　　與此同時(shí)，德州儀器亞洲區(qū)市場(chǎng)開發(fā)高性能模擬產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理林士元強(qiáng)調(diào)，為了適應(yīng)節(jié)能及待機(jī)功耗的新要求，USB3.0還引入了新的電源管理機(jī)制，支持待機(jī)、休眠和暫停等狀態(tài)。通過(guò)引入了能效更高的供電協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，放棄了設(shè)備輪詢模式，轉(zhuǎn)而采用中斷模式。通俗地說(shuō)，在USB 2.0模式下，即使連接的USB處于非活動(dòng)或待機(jī)狀態(tài)下，USB總線控制器仍然需要定期檢查該設(shè)備是否需要傳輸數(shù)據(jù)。而在USB 3.0模式下，設(shè)備待機(jī)時(shí)可完全切斷USB連接，需要恢復(fù)時(shí)會(huì)自行向控制器發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，告知控制器開始數(shù)據(jù)傳輸，這就使得待機(jī)設(shè)備無(wú)需耗電。