10.2 TI 高精度实验室 - USB：什么是USB转接驱动器
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大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。 USB 是电子产品 领域中最常用的 接口之一，可用于很多日常设备， 例如耳机、手机以及 汽车和飞机上的复杂系统。 当我们连接到 USB 设备时， 通常都不会考虑 背后的原理。 在本次课程中， 我们将讨论 USB 转接驱动器在设备连接中 所起的重要作用。 在后续课程中，我们将 讨论不同类型的 转接驱动器。 在 1996 年 USB 端口概念 形成时，USB 端口的 数据速率是 1.5 兆位/秒。 该接口主要用于 将键盘和鼠标 连接到电脑。 如今，USB 接口 数据速率已 提高至惊人的 40 千兆位/秒。 在如此高的 数据速率下， 通过电缆、PCB 布线 和柔性 PCB 等当今 设备中常用的 传输介质很难 保持足够的信号完整性。 USB 转接驱动器 用于帮助保持 信号完整性，这对实现 最大数据吞吐量和 电气合规性非常重要。 包括 PCB 布线损耗、 ISI、串扰、反射、 噪声和抖动在内的 系统损失可能会 降低数据速率吞吐量 并导致合规性故障。 USB 转接驱动器 主要用于通过 使用接收器或 发送器均衡 来补偿系统 ISI。 码间串扰或 ISI 是指 前一个码元干扰后一个 码元时产生的 信号失真。 有关 ISI 和其他 损失的更多信息， 请观看《什么是信号调节器》视频。 USB 通道较长的 系统或设备 在较高数据速率下 更可能具有较差的 信号完整性，并且 也更有可能最终 传输损坏的数据。 在 USB 链路中，这可能 意味着以低于预期的 数据速率运行。 USB 通道包含 主板或设备的 PCB 布线，其中 USB 设备直接连接或 通过 USB 电缆 进行连接， 对于 USB 3.2 第 1 代而言， 该电缆可长达 3 米。 具有高度衰减 信号的长 USB 通道 必须具有与短 USB 通道一样 好的性能，那么 USB 连接器的 放置位置就成为了一个 系统设计难题。 USB 转接驱动器 使用均衡功能 从完全关闭的 眼图恢复信号， 并在对系统保持透明的 情况下重新传输该恢复的信号。 在恢复 不良信号功能的帮助下， USB 转接驱动器 可以有效地延长 系统上通道的 长度，同时保持 最高可用 数据速率， 从而确保 USB 连接器可以灵活放置。 较高数据 速率下的信号 高频分量 更容易失真。 这可能会导致位错误。 在发送器处 加重高频成分 有助于在接收器处 产生信号，该信号 与原始发送 信号更加相似。 USB 转接驱动器 可以通过预加重 或去加重这两种方法 应用发送器均衡， 以补偿预计的通道损耗。 预加重用于 增加对噪声 更敏感的高频 信号分量。 这可以通过提高 第一个传输位的 电平来实现。 去加重用于通过 降低除第一个 传输位以外的 所有位的电平 来增加高频成分。 正如您在左侧 波形中看到的那样， 在没有加重的情况下， 所有位组合的信号 电平均保持不变。 右侧的波形 显示了 对信号添加 去加重的结果。 您可以看到，第一个 传输位保持在 标称摆幅电平， 后续的位具有 较低的信号振幅。 USB 主机、集线器 和设备都需要通过 USB 合规性测试 才能获得认证。 如果未经认证， 则系统、集线器 或设备无法显示 表明其符合 USB 规范的 USB 徽标，并且 不能作为 USB 产品出售 或营销。 USB 电气合规性 测试包括 发送器和 接收器测试。 发送器测试使用 由预定义的 PCB 布线 和电缆组成的通道 模型来验证发送器 是否满足眼宽、 眼高和抖动要求。 这些测量是在 连接器的通道 末端进行的。 左侧的眼图显示了 通过 USB 2.0 的高速 眼图。 中间的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 1 代的 5 千兆位/秒眼图。 右侧的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 2 代的 10 千兆位/秒眼图。 随着数据速率 提高至 10 千兆位/秒 甚至更高，通过 发送器眼图 测试的要求也 变得更加严格。 USB 通道的信号 完整性较差的 系统或设备很可能 无法通过该电气 合规性测试。 例如，在介质、PCB 布线或电缆上发生 信号损耗。 损耗量随长度和 频率的增加而增加。 USB 转接驱动器 接收器使用 连续时间线性 均衡或 CTLE 来 补偿通道插入 损耗和转接 驱动器中的 通道码间串扰。 CTLE 是应用于 接收器的 线性滤波器，可放大 奈奎斯特频率附近的 分量并滤除 更高频率分量。 对于位速率为 10 千兆位/秒的 USB 3.2 第 2 代 信号，位时间 为 100 皮秒。 该数据速率的奈奎斯特 频率为 5 千兆赫兹。 接收器中的 CTLE 增益值 设置为等于 传入信道损耗， 以抵消奈奎斯特 频率下信号的 任何衰减。 该 CTLE 值是 可编程的， 以便提供一系列值， 匹配不同系统的损耗。 正如您在该 USB 3.2 第 2 代示例中 看到的，5 千兆赫兹的 奈奎斯特频率下的 通道损耗大约为负 7db。 为转接驱动器选择的 CTLE 增益设置约为 7db， 以抵消通道损耗。 USB 实施者 论坛 USB-IF 是创建了 通用串行 总线并创建 USB 规范的组织。 USB 规范 定义了 将在合规性测试中 使用的参考 CTLE。 该参考 CTLE 在 用于发送器 测试的软件中 使用，用于为 设计中的 均衡器 参数建立 建议的范围。 此处显示了 参考 CTLE 公式。 为 USB 3.2 第 1 代定义了 一个公式，为第 2 代定义了 另一个类似的公式。 尽管规范定义了 参考 CTLE，但它 并未强制要求 使用该均衡器， 以实现设计灵活性。 您可能还记得， 我们讨论了 USB 主机、集线器 和设备的符合性 测试，其中不仅 包括发送器测试， 还包括接收器测试。 此处显示的是 USB 3.2 第 2 代 接收器抖动容差 测试结果示例。 在本例中，在 不同的抖动 频率和振幅下 测试了九个点。 在每个测试点处， 由 BERT 或误码率 测试仪生成并传输 具有经过校准的抖动 和通道损耗的 应力信号， 并由 DUT 或被测 设备接收， 被测设备可能是 主机、集线器或设备。 然后将其环回并 发送到 BERT 的接收器。 接收到的任何 损坏数据位 都计为错误， 并计算误码率。 对于所有测试点， DUT 必须满足 定义的 BER，才能成功 通过该合规性测试。 与发送器测试 一样，信号完整性 较差的 USB 通道 更有可能无法 通过接收器 抖动容差测试， 因为接收正确位的 可能性很高。 USB 转接驱动器 有助于恢复由 BERT 发送到系统中的 应力信号的分量， 并将更干净的数据 重新传输到主机、 集线器或设备接收器。 为了回顾我们讨论的内容， 我们来做一个小测验。 第 1 题，判断对错， USB 1.0 数据速率是 1.5 兆位/秒。 对。 USB 1.0 数据速率 是 1.5 兆位/秒。 第 2 题，判断对错。 USB 转接驱动器有助于 系统通过合规性测试。 对。 USB 转接驱动器通常用于 帮助系统通过合规性 测试。 第 3 题，判断对错。 USB 转接驱动器不 用于补偿系统 ISI。 错。 USB 转接驱动器 用于补偿码间 串扰或 ISI。 第 4 题，判断对错。 只能在 PC 主板上 找到 USB 转接驱动器。 错。 USB 转接驱动器 可在配备 USB 的 任何地方使用。
大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。 USB 是电子产品 领域中最常用的 接口之一，可用于很多日常设备， 例如耳机、手机以及 汽车和飞机上的复杂系统。 当我们连接到 USB 设备时， 通常都不会考虑 背后的原理。 在本次课程中， 我们将讨论 USB 转接驱动器在设备连接中 所起的重要作用。 在后续课程中，我们将 讨论不同类型的 转接驱动器。 在 1996 年 USB 端口概念 形成时，USB 端口的 数据速率是 1.5 兆位/秒。 该接口主要用于 将键盘和鼠标 连接到电脑。 如今，USB 接口 数据速率已 提高至惊人的 40 千兆位/秒。 在如此高的 数据速率下， 通过电缆、PCB 布线 和柔性 PCB 等当今 设备中常用的 传输介质很难 保持足够的信号完整性。 USB 转接驱动器 用于帮助保持 信号完整性，这对实现 最大数据吞吐量和 电气合规性非常重要。 包括 PCB 布线损耗、 ISI、串扰、反射、 噪声和抖动在内的 系统损失可能会 降低数据速率吞吐量 并导致合规性故障。 USB 转接驱动器 主要用于通过 使用接收器或 发送器均衡 来补偿系统 ISI。 码间串扰或 ISI 是指 前一个码元干扰后一个 码元时产生的 信号失真。 有关 ISI 和其他 损失的更多信息， 请观看《什么是信号调节器》视频。 USB 通道较长的 系统或设备 在较高数据速率下 更可能具有较差的 信号完整性，并且 也更有可能最终 传输损坏的数据。 在 USB 链路中，这可能 意味着以低于预期的 数据速率运行。 USB 通道包含 主板或设备的 PCB 布线，其中 USB 设备直接连接或 通过 USB 电缆 进行连接， 对于 USB 3.2 第 1 代而言， 该电缆可长达 3 米。 具有高度衰减 信号的长 USB 通道 必须具有与短 USB 通道一样 好的性能，那么 USB 连接器的 放置位置就成为了一个 系统设计难题。 USB 转接驱动器 使用均衡功能 从完全关闭的 眼图恢复信号， 并在对系统保持透明的 情况下重新传输该恢复的信号。 在恢复 不良信号功能的帮助下， USB 转接驱动器 可以有效地延长 系统上通道的 长度，同时保持 最高可用 数据速率， 从而确保 USB 连接器可以灵活放置。 较高数据 速率下的信号 高频分量 更容易失真。 这可能会导致位错误。 在发送器处 加重高频成分 有助于在接收器处 产生信号，该信号 与原始发送 信号更加相似。 USB 转接驱动器 可以通过预加重 或去加重这两种方法 应用发送器均衡， 以补偿预计的通道损耗。 预加重用于 增加对噪声 更敏感的高频 信号分量。 这可以通过提高 第一个传输位的 电平来实现。 去加重用于通过 降低除第一个 传输位以外的 所有位的电平 来增加高频成分。 正如您在左侧 波形中看到的那样， 在没有加重的情况下， 所有位组合的信号 电平均保持不变。 右侧的波形 显示了 对信号添加 去加重的结果。 您可以看到，第一个 传输位保持在 标称摆幅电平， 后续的位具有 较低的信号振幅。 USB 主机、集线器 和设备都需要通过 USB 合规性测试 才能获得认证。 如果未经认证， 则系统、集线器 或设备无法显示 表明其符合 USB 规范的 USB 徽标，并且 不能作为 USB 产品出售 或营销。 USB 电气合规性 测试包括 发送器和 接收器测试。 发送器测试使用 由预定义的 PCB 布线 和电缆组成的通道 模型来验证发送器 是否满足眼宽、 眼高和抖动要求。 这些测量是在 连接器的通道 末端进行的。 左侧的眼图显示了 通过 USB 2.0 的高速 眼图。 中间的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 1 代的 5 千兆位/秒眼图。 右侧的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 2 代的 10 千兆位/秒眼图。 随着数据速率 提高至 10 千兆位/秒 甚至更高，通过 发送器眼图 测试的要求也 变得更加严格。 USB 通道的信号 完整性较差的 系统或设备很可能 无法通过该电气 合规性测试。 例如，在介质、PCB 布线或电缆上发生 信号损耗。 损耗量随长度和 频率的增加而增加。 USB 转接驱动器 接收器使用 连续时间线性 均衡或 CTLE 来 补偿通道插入 损耗和转接 驱动器中的 通道码间串扰。 CTLE 是应用于 接收器的 线性滤波器，可放大 奈奎斯特频率附近的 分量并滤除 更高频率分量。 对于位速率为 10 千兆位/秒的 USB 3.2 第 2 代 信号，位时间 为 100 皮秒。 该数据速率的奈奎斯特 频率为 5 千兆赫兹。 接收器中的 CTLE 增益值 设置为等于 传入信道损耗， 以抵消奈奎斯特 频率下信号的 任何衰减。 该 CTLE 值是 可编程的， 以便提供一系列值， 匹配不同系统的损耗。 正如您在该 USB 3.2 第 2 代示例中 看到的，5 千兆赫兹的 奈奎斯特频率下的 通道损耗大约为负 7db。 为转接驱动器选择的 CTLE 增益设置约为 7db， 以抵消通道损耗。 USB 实施者 论坛 USB-IF 是创建了 通用串行 总线并创建 USB 规范的组织。 USB 规范 定义了 将在合规性测试中 使用的参考 CTLE。 该参考 CTLE 在 用于发送器 测试的软件中 使用，用于为 设计中的 均衡器 参数建立 建议的范围。 此处显示了 参考 CTLE 公式。 为 USB 3.2 第 1 代定义了 一个公式，为第 2 代定义了 另一个类似的公式。 尽管规范定义了 参考 CTLE，但它 并未强制要求 使用该均衡器， 以实现设计灵活性。 您可能还记得， 我们讨论了 USB 主机、集线器 和设备的符合性 测试，其中不仅 包括发送器测试， 还包括接收器测试。 此处显示的是 USB 3.2 第 2 代 接收器抖动容差 测试结果示例。 在本例中，在 不同的抖动 频率和振幅下 测试了九个点。 在每个测试点处， 由 BERT 或误码率 测试仪生成并传输 具有经过校准的抖动 和通道损耗的 应力信号， 并由 DUT 或被测 设备接收， 被测设备可能是 主机、集线器或设备。 然后将其环回并 发送到 BERT 的接收器。 接收到的任何 损坏数据位 都计为错误， 并计算误码率。 对于所有测试点， DUT 必须满足 定义的 BER，才能成功 通过该合规性测试。 与发送器测试 一样，信号完整性 较差的 USB 通道 更有可能无法 通过接收器 抖动容差测试， 因为接收正确位的 可能性很高。 USB 转接驱动器 有助于恢复由 BERT 发送到系统中的 应力信号的分量， 并将更干净的数据 重新传输到主机、 集线器或设备接收器。 为了回顾我们讨论的内容， 我们来做一个小测验。 第 1 题，判断对错， USB 1.0 数据速率是 1.5 兆位/秒。 对。 USB 1.0 数据速率 是 1.5 兆位/秒。 第 2 题，判断对错。 USB 转接驱动器有助于 系统通过合规性测试。 对。 USB 转接驱动器通常用于 帮助系统通过合规性 测试。 第 3 题，判断对错。 USB 转接驱动器不 用于补偿系统 ISI。 错。 USB 转接驱动器 用于补偿码间 串扰或 ISI。 第 4 题，判断对错。 只能在 PC 主板上 找到 USB 转接驱动器。 错。 USB 转接驱动器 可在配备 USB 的 任何地方使用。
大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。
USB 是电子产品 领域中最常用的
接口之一，可用于很多日常设备，
例如耳机、手机以及
汽车和飞机上的复杂系统。
当我们连接到 USB 设备时，
通常都不会考虑 背后的原理。
在本次课程中， 我们将讨论
USB 转接驱动器在设备连接中 所起的重要作用。
在后续课程中，我们将 讨论不同类型的
转接驱动器。
在 1996 年 USB 端口概念 形成时，USB 端口的
数据速率是 1.5 兆位/秒。
该接口主要用于 将键盘和鼠标
连接到电脑。
如今，USB 接口 数据速率已
提高至惊人的 40 千兆位/秒。
在如此高的 数据速率下，
通过电缆、PCB 布线 和柔性 PCB 等当今
设备中常用的 传输介质很难
保持足够的信号完整性。
USB 转接驱动器 用于帮助保持
信号完整性，这对实现 最大数据吞吐量和
电气合规性非常重要。
包括 PCB 布线损耗、 ISI、串扰、反射、
噪声和抖动在内的 系统损失可能会
降低数据速率吞吐量 并导致合规性故障。
USB 转接驱动器 主要用于通过
使用接收器或 发送器均衡
来补偿系统 ISI。
码间串扰或 ISI 是指
前一个码元干扰后一个 码元时产生的
信号失真。
有关 ISI 和其他 损失的更多信息，
请观看《什么是信号调节器》视频。
USB 通道较长的 系统或设备
在较高数据速率下 更可能具有较差的
信号完整性，并且 也更有可能最终
传输损坏的数据。
在 USB 链路中，这可能 意味着以低于预期的
数据速率运行。
USB 通道包含 主板或设备的
PCB 布线，其中 USB 设备直接连接或
通过 USB 电缆 进行连接，
对于 USB 3.2 第 1 代而言，
该电缆可长达 3 米。
具有高度衰减 信号的长 USB 通道
必须具有与短 USB 通道一样
好的性能，那么 USB 连接器的
放置位置就成为了一个 系统设计难题。
USB 转接驱动器 使用均衡功能
从完全关闭的 眼图恢复信号，
并在对系统保持透明的 情况下重新传输该恢复的信号。
在恢复 不良信号功能的帮助下，
USB 转接驱动器 可以有效地延长
系统上通道的 长度，同时保持
最高可用 数据速率，
从而确保 USB 连接器可以灵活放置。
较高数据 速率下的信号
高频分量 更容易失真。
这可能会导致位错误。
在发送器处 加重高频成分
有助于在接收器处 产生信号，该信号
与原始发送 信号更加相似。
USB 转接驱动器 可以通过预加重
或去加重这两种方法 应用发送器均衡，
以补偿预计的通道损耗。
预加重用于 增加对噪声
更敏感的高频 信号分量。
这可以通过提高 第一个传输位的
电平来实现。
去加重用于通过 降低除第一个
传输位以外的 所有位的电平
来增加高频成分。
正如您在左侧 波形中看到的那样，
在没有加重的情况下， 所有位组合的信号
电平均保持不变。
右侧的波形 显示了
对信号添加 去加重的结果。
您可以看到，第一个 传输位保持在
标称摆幅电平， 后续的位具有
较低的信号振幅。
USB 主机、集线器 和设备都需要通过
USB 合规性测试 才能获得认证。
如果未经认证， 则系统、集线器
或设备无法显示 表明其符合 USB 规范的
USB 徽标，并且 不能作为 USB
产品出售 或营销。
USB 电气合规性 测试包括
发送器和 接收器测试。
发送器测试使用 由预定义的 PCB 布线
和电缆组成的通道 模型来验证发送器
是否满足眼宽、 眼高和抖动要求。
这些测量是在 连接器的通道
末端进行的。
左侧的眼图显示了 通过 USB 2.0 的高速
眼图。
中间的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 1 代的
5 千兆位/秒眼图。
右侧的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 2 代的
10 千兆位/秒眼图。
随着数据速率 提高至 10 千兆位/秒
甚至更高，通过 发送器眼图
测试的要求也 变得更加严格。
USB 通道的信号 完整性较差的
系统或设备很可能 无法通过该电气
合规性测试。
例如，在介质、PCB 布线或电缆上发生
信号损耗。
损耗量随长度和 频率的增加而增加。
USB 转接驱动器 接收器使用
连续时间线性 均衡或 CTLE 来
补偿通道插入 损耗和转接
驱动器中的 通道码间串扰。
CTLE 是应用于 接收器的
线性滤波器，可放大 奈奎斯特频率附近的
分量并滤除 更高频率分量。
对于位速率为 10 千兆位/秒的
USB 3.2 第 2 代 信号，位时间
为 100 皮秒。
该数据速率的奈奎斯特 频率为 5 千兆赫兹。
接收器中的 CTLE 增益值
设置为等于 传入信道损耗，
以抵消奈奎斯特 频率下信号的
任何衰减。
该 CTLE 值是 可编程的，
以便提供一系列值，
匹配不同系统的损耗。
正如您在该 USB 3.2 第 2 代示例中
看到的，5 千兆赫兹的 奈奎斯特频率下的
通道损耗大约为负 7db。
为转接驱动器选择的 CTLE 增益设置约为 7db，
以抵消通道损耗。
USB 实施者 论坛 USB-IF
是创建了 通用串行
总线并创建 USB 规范的组织。
USB 规范 定义了
将在合规性测试中 使用的参考 CTLE。
该参考 CTLE 在 用于发送器
测试的软件中 使用，用于为
设计中的 均衡器
参数建立 建议的范围。
此处显示了 参考 CTLE 公式。
为 USB 3.2 第 1 代定义了 一个公式，为第 2 代定义了
另一个类似的公式。
尽管规范定义了 参考 CTLE，但它
并未强制要求 使用该均衡器，
以实现设计灵活性。
您可能还记得， 我们讨论了
USB 主机、集线器 和设备的符合性
测试，其中不仅 包括发送器测试，
还包括接收器测试。
此处显示的是 USB 3.2 第 2 代
接收器抖动容差 测试结果示例。
在本例中，在 不同的抖动
频率和振幅下 测试了九个点。
在每个测试点处， 由 BERT 或误码率
测试仪生成并传输 具有经过校准的抖动
和通道损耗的 应力信号，
并由 DUT 或被测 设备接收，
被测设备可能是 主机、集线器或设备。
然后将其环回并 发送到 BERT 的接收器。
接收到的任何 损坏数据位
都计为错误， 并计算误码率。
对于所有测试点， DUT 必须满足
定义的 BER，才能成功 通过该合规性测试。
与发送器测试 一样，信号完整性
较差的 USB 通道 更有可能无法
通过接收器 抖动容差测试，
因为接收正确位的 可能性很高。
USB 转接驱动器 有助于恢复由
BERT 发送到系统中的 应力信号的分量，
并将更干净的数据 重新传输到主机、
集线器或设备接收器。
为了回顾我们讨论的内容， 我们来做一个小测验。
第 1 题，判断对错， USB 1.0 数据速率是
1.5 兆位/秒。
对。
USB 1.0 数据速率 是 1.5 兆位/秒。
第 2 题，判断对错。
USB 转接驱动器有助于 系统通过合规性测试。
对。
USB 转接驱动器通常用于 帮助系统通过合规性
测试。
第 3 题，判断对错。
USB 转接驱动器不 用于补偿系统 ISI。
错。
USB 转接驱动器 用于补偿码间
串扰或 ISI。
第 4 题，判断对错。
只能在 PC 主板上 找到 USB 转接驱动器。
错。
USB 转接驱动器 可在配备 USB 的
任何地方使用。
大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。 USB 是电子产品 领域中最常用的 接口之一，可用于很多日常设备， 例如耳机、手机以及 汽车和飞机上的复杂系统。 当我们连接到 USB 设备时， 通常都不会考虑 背后的原理。 在本次课程中， 我们将讨论 USB 转接驱动器在设备连接中 所起的重要作用。 在后续课程中，我们将 讨论不同类型的 转接驱动器。 在 1996 年 USB 端口概念 形成时，USB 端口的 数据速率是 1.5 兆位/秒。 该接口主要用于 将键盘和鼠标 连接到电脑。 如今，USB 接口 数据速率已 提高至惊人的 40 千兆位/秒。 在如此高的 数据速率下， 通过电缆、PCB 布线 和柔性 PCB 等当今 设备中常用的 传输介质很难 保持足够的信号完整性。 USB 转接驱动器 用于帮助保持 信号完整性，这对实现 最大数据吞吐量和 电气合规性非常重要。 包括 PCB 布线损耗、 ISI、串扰、反射、 噪声和抖动在内的 系统损失可能会 降低数据速率吞吐量 并导致合规性故障。 USB 转接驱动器 主要用于通过 使用接收器或 发送器均衡 来补偿系统 ISI。 码间串扰或 ISI 是指 前一个码元干扰后一个 码元时产生的 信号失真。 有关 ISI 和其他 损失的更多信息， 请观看《什么是信号调节器》视频。 USB 通道较长的 系统或设备 在较高数据速率下 更可能具有较差的 信号完整性，并且 也更有可能最终 传输损坏的数据。 在 USB 链路中，这可能 意味着以低于预期的 数据速率运行。 USB 通道包含 主板或设备的 PCB 布线，其中 USB 设备直接连接或 通过 USB 电缆 进行连接， 对于 USB 3.2 第 1 代而言， 该电缆可长达 3 米。 具有高度衰减 信号的长 USB 通道 必须具有与短 USB 通道一样 好的性能，那么 USB 连接器的 放置位置就成为了一个 系统设计难题。 USB 转接驱动器 使用均衡功能 从完全关闭的 眼图恢复信号， 并在对系统保持透明的 情况下重新传输该恢复的信号。 在恢复 不良信号功能的帮助下， USB 转接驱动器 可以有效地延长 系统上通道的 长度，同时保持 最高可用 数据速率， 从而确保 USB 连接器可以灵活放置。 较高数据 速率下的信号 高频分量 更容易失真。 这可能会导致位错误。 在发送器处 加重高频成分 有助于在接收器处 产生信号，该信号 与原始发送 信号更加相似。 USB 转接驱动器 可以通过预加重 或去加重这两种方法 应用发送器均衡， 以补偿预计的通道损耗。 预加重用于 增加对噪声 更敏感的高频 信号分量。 这可以通过提高 第一个传输位的 电平来实现。 去加重用于通过 降低除第一个 传输位以外的 所有位的电平 来增加高频成分。 正如您在左侧 波形中看到的那样， 在没有加重的情况下， 所有位组合的信号 电平均保持不变。 右侧的波形 显示了 对信号添加 去加重的结果。 您可以看到，第一个 传输位保持在 标称摆幅电平， 后续的位具有 较低的信号振幅。 USB 主机、集线器 和设备都需要通过 USB 合规性测试 才能获得认证。 如果未经认证， 则系统、集线器 或设备无法显示 表明其符合 USB 规范的 USB 徽标，并且 不能作为 USB 产品出售 或营销。 USB 电气合规性 测试包括 发送器和 接收器测试。 发送器测试使用 由预定义的 PCB 布线 和电缆组成的通道 模型来验证发送器 是否满足眼宽、 眼高和抖动要求。 这些测量是在 连接器的通道 末端进行的。 左侧的眼图显示了 通过 USB 2.0 的高速 眼图。 中间的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 1 代的 5 千兆位/秒眼图。 右侧的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 2 代的 10 千兆位/秒眼图。 随着数据速率 提高至 10 千兆位/秒 甚至更高，通过 发送器眼图 测试的要求也 变得更加严格。 USB 通道的信号 完整性较差的 系统或设备很可能 无法通过该电气 合规性测试。 例如，在介质、PCB 布线或电缆上发生 信号损耗。 损耗量随长度和 频率的增加而增加。 USB 转接驱动器 接收器使用 连续时间线性 均衡或 CTLE 来 补偿通道插入 损耗和转接 驱动器中的 通道码间串扰。 CTLE 是应用于 接收器的 线性滤波器，可放大 奈奎斯特频率附近的 分量并滤除 更高频率分量。 对于位速率为 10 千兆位/秒的 USB 3.2 第 2 代 信号，位时间 为 100 皮秒。 该数据速率的奈奎斯特 频率为 5 千兆赫兹。 接收器中的 CTLE 增益值 设置为等于 传入信道损耗， 以抵消奈奎斯特 频率下信号的 任何衰减。 该 CTLE 值是 可编程的， 以便提供一系列值， 匹配不同系统的损耗。 正如您在该 USB 3.2 第 2 代示例中 看到的，5 千兆赫兹的 奈奎斯特频率下的 通道损耗大约为负 7db。 为转接驱动器选择的 CTLE 增益设置约为 7db， 以抵消通道损耗。 USB 实施者 论坛 USB-IF 是创建了 通用串行 总线并创建 USB 规范的组织。 USB 规范 定义了 将在合规性测试中 使用的参考 CTLE。 该参考 CTLE 在 用于发送器 测试的软件中 使用，用于为 设计中的 均衡器 参数建立 建议的范围。 此处显示了 参考 CTLE 公式。 为 USB 3.2 第 1 代定义了 一个公式，为第 2 代定义了 另一个类似的公式。 尽管规范定义了 参考 CTLE，但它 并未强制要求 使用该均衡器， 以实现设计灵活性。 您可能还记得， 我们讨论了 USB 主机、集线器 和设备的符合性 测试，其中不仅 包括发送器测试， 还包括接收器测试。 此处显示的是 USB 3.2 第 2 代 接收器抖动容差 测试结果示例。 在本例中，在 不同的抖动 频率和振幅下 测试了九个点。 在每个测试点处， 由 BERT 或误码率 测试仪生成并传输 具有经过校准的抖动 和通道损耗的 应力信号， 并由 DUT 或被测 设备接收， 被测设备可能是 主机、集线器或设备。 然后将其环回并 发送到 BERT 的接收器。 接收到的任何 损坏数据位 都计为错误， 并计算误码率。 对于所有测试点， DUT 必须满足 定义的 BER，才能成功 通过该合规性测试。 与发送器测试 一样，信号完整性 较差的 USB 通道 更有可能无法 通过接收器 抖动容差测试， 因为接收正确位的 可能性很高。 USB 转接驱动器 有助于恢复由 BERT 发送到系统中的 应力信号的分量， 并将更干净的数据 重新传输到主机、 集线器或设备接收器。 为了回顾我们讨论的内容， 我们来做一个小测验。 第 1 题，判断对错， USB 1.0 数据速率是 1.5 兆位/秒。 对。 USB 1.0 数据速率 是 1.5 兆位/秒。 第 2 题，判断对错。 USB 转接驱动器有助于 系统通过合规性测试。 对。 USB 转接驱动器通常用于 帮助系统通过合规性 测试。 第 3 题，判断对错。 USB 转接驱动器不 用于补偿系统 ISI。 错。 USB 转接驱动器 用于补偿码间 串扰或 ISI。 第 4 题，判断对错。 只能在 PC 主板上 找到 USB 转接驱动器。 错。 USB 转接驱动器 可在配备 USB 的 任何地方使用。
大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。
USB 是电子产品 领域中最常用的
接口之一，可用于很多日常设备，
例如耳机、手机以及
汽车和飞机上的复杂系统。
当我们连接到 USB 设备时，
通常都不会考虑 背后的原理。
在本次课程中， 我们将讨论
USB 转接驱动器在设备连接中 所起的重要作用。
在后续课程中，我们将 讨论不同类型的
转接驱动器。
在 1996 年 USB 端口概念 形成时，USB 端口的
数据速率是 1.5 兆位/秒。
该接口主要用于 将键盘和鼠标
连接到电脑。
如今，USB 接口 数据速率已
提高至惊人的 40 千兆位/秒。
在如此高的 数据速率下，
通过电缆、PCB 布线 和柔性 PCB 等当今
设备中常用的 传输介质很难
保持足够的信号完整性。
USB 转接驱动器 用于帮助保持
信号完整性，这对实现 最大数据吞吐量和
电气合规性非常重要。
包括 PCB 布线损耗、 ISI、串扰、反射、
噪声和抖动在内的 系统损失可能会
降低数据速率吞吐量 并导致合规性故障。
USB 转接驱动器 主要用于通过
使用接收器或 发送器均衡
来补偿系统 ISI。
码间串扰或 ISI 是指
前一个码元干扰后一个 码元时产生的
信号失真。
有关 ISI 和其他 损失的更多信息，
请观看《什么是信号调节器》视频。
USB 通道较长的 系统或设备
在较高数据速率下 更可能具有较差的
信号完整性，并且 也更有可能最终
传输损坏的数据。
在 USB 链路中，这可能 意味着以低于预期的
数据速率运行。
USB 通道包含 主板或设备的
PCB 布线，其中 USB 设备直接连接或
通过 USB 电缆 进行连接，
对于 USB 3.2 第 1 代而言，
该电缆可长达 3 米。
具有高度衰减 信号的长 USB 通道
必须具有与短 USB 通道一样
好的性能，那么 USB 连接器的
放置位置就成为了一个 系统设计难题。
USB 转接驱动器 使用均衡功能
从完全关闭的 眼图恢复信号，
并在对系统保持透明的 情况下重新传输该恢复的信号。
在恢复 不良信号功能的帮助下，
USB 转接驱动器 可以有效地延长
系统上通道的 长度，同时保持
最高可用 数据速率，
从而确保 USB 连接器可以灵活放置。
较高数据 速率下的信号
高频分量 更容易失真。
这可能会导致位错误。
在发送器处 加重高频成分
有助于在接收器处 产生信号，该信号
与原始发送 信号更加相似。
USB 转接驱动器 可以通过预加重
或去加重这两种方法 应用发送器均衡，
以补偿预计的通道损耗。
预加重用于 增加对噪声
更敏感的高频 信号分量。
这可以通过提高 第一个传输位的
电平来实现。
去加重用于通过 降低除第一个
传输位以外的 所有位的电平
来增加高频成分。
正如您在左侧 波形中看到的那样，
在没有加重的情况下， 所有位组合的信号
电平均保持不变。
右侧的波形 显示了
对信号添加 去加重的结果。
您可以看到，第一个 传输位保持在
标称摆幅电平， 后续的位具有
较低的信号振幅。
USB 主机、集线器 和设备都需要通过
USB 合规性测试 才能获得认证。
如果未经认证， 则系统、集线器
或设备无法显示 表明其符合 USB 规范的
USB 徽标，并且 不能作为 USB
产品出售 或营销。
USB 电气合规性 测试包括
发送器和 接收器测试。
发送器测试使用 由预定义的 PCB 布线
和电缆组成的通道 模型来验证发送器
是否满足眼宽、 眼高和抖动要求。
这些测量是在 连接器的通道
末端进行的。
左侧的眼图显示了 通过 USB 2.0 的高速
眼图。
中间的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 1 代的
5 千兆位/秒眼图。
右侧的眼图显示了 通过 USB 3.2 第 2 代的
10 千兆位/秒眼图。
随着数据速率 提高至 10 千兆位/秒
甚至更高，通过 发送器眼图
测试的要求也 变得更加严格。
USB 通道的信号 完整性较差的
系统或设备很可能 无法通过该电气
合规性测试。
例如，在介质、PCB 布线或电缆上发生
信号损耗。
损耗量随长度和 频率的增加而增加。
USB 转接驱动器 接收器使用
连续时间线性 均衡或 CTLE 来
补偿通道插入 损耗和转接
驱动器中的 通道码间串扰。
CTLE 是应用于 接收器的
线性滤波器，可放大 奈奎斯特频率附近的
分量并滤除 更高频率分量。
对于位速率为 10 千兆位/秒的
USB 3.2 第 2 代 信号，位时间
为 100 皮秒。
该数据速率的奈奎斯特 频率为 5 千兆赫兹。
接收器中的 CTLE 增益值
设置为等于 传入信道损耗，
以抵消奈奎斯特 频率下信号的
任何衰减。
该 CTLE 值是 可编程的，
以便提供一系列值，
匹配不同系统的损耗。
正如您在该 USB 3.2 第 2 代示例中
看到的，5 千兆赫兹的 奈奎斯特频率下的
通道损耗大约为负 7db。
为转接驱动器选择的 CTLE 增益设置约为 7db，
以抵消通道损耗。
USB 实施者 论坛 USB-IF
是创建了 通用串行
总线并创建 USB 规范的组织。
USB 规范 定义了
将在合规性测试中 使用的参考 CTLE。
该参考 CTLE 在 用于发送器
测试的软件中 使用，用于为
设计中的 均衡器
参数建立 建议的范围。
此处显示了 参考 CTLE 公式。
为 USB 3.2 第 1 代定义了 一个公式，为第 2 代定义了
另一个类似的公式。
尽管规范定义了 参考 CTLE，但它
并未强制要求 使用该均衡器，
以实现设计灵活性。
您可能还记得， 我们讨论了
USB 主机、集线器 和设备的符合性
测试，其中不仅 包括发送器测试，
还包括接收器测试。
此处显示的是 USB 3.2 第 2 代
接收器抖动容差 测试结果示例。
在本例中，在 不同的抖动
频率和振幅下 测试了九个点。
在每个测试点处， 由 BERT 或误码率
测试仪生成并传输 具有经过校准的抖动
和通道损耗的 应力信号，
并由 DUT 或被测 设备接收，
被测设备可能是 主机、集线器或设备。
然后将其环回并 发送到 BERT 的接收器。
接收到的任何 损坏数据位
都计为错误， 并计算误码率。
对于所有测试点， DUT 必须满足
定义的 BER，才能成功 通过该合规性测试。
与发送器测试 一样，信号完整性
较差的 USB 通道 更有可能无法
通过接收器 抖动容差测试，
因为接收正确位的 可能性很高。
USB 转接驱动器 有助于恢复由
BERT 发送到系统中的 应力信号的分量，
并将更干净的数据 重新传输到主机、
集线器或设备接收器。
为了回顾我们讨论的内容， 我们来做一个小测验。
第 1 题，判断对错， USB 1.0 数据速率是
1.5 兆位/秒。
对。
USB 1.0 数据速率 是 1.5 兆位/秒。
第 2 题，判断对错。
USB 转接驱动器有助于 系统通过合规性测试。
对。
USB 转接驱动器通常用于 帮助系统通过合规性
测试。
第 3 题，判断对错。
USB 转接驱动器不 用于补偿系统 ISI。
错。
USB 转接驱动器 用于补偿码间
串扰或 ISI。
第 4 题，判断对错。
只能在 PC 主板上 找到 USB 转接驱动器。
错。
USB 转接驱动器 可在配备 USB 的
任何地方使用。
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视频简介
10.2 TI 高精度实验室 - USB：什么是USB转接驱动器
所属课程：TI 高精度实验室 - USB
发布时间：2020.05.19
视频集数：3
本节视频时长：00:10:30
未学习 10.1 TI 高精度实验室 - USB：USB 设计的布局基础知识
未学习 10.2 TI 高精度实验室 - USB：什么是USB转接驱动器
未学习 10.3 TI 高精度实验室 - USB：什么是嵌入式 USB2.0 (eUSB2)？
