中继补偿传输信道耗损 Retimer确保讯号完整性.doc
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1、中继补偿传输信道耗损Retimer确保讯号完整性文Joseph JuanUSB规范是USB开发者论坛(USB IF)维护的产业标准,规定了许多个人计算机与外接接口设备间USB连接事项,比如电缆、接头、连接协议、通讯以及电源。作为目前最新版本的USB规范,USB 3.2将数据传输带宽大幅提升至10Gbps。USB 3.2 Gen2规范大幅提升了数据编码效率,提供的速率比USB 3.1 Gen1一代提供的速率(5Gbps)快一倍。USB Type-C(也作USB-C)支持最新的USB 3.2标准。特性完备的USB-C电缆可支持10Gbps的数据吞吐量,是USB 3.2 Gen1标准的两倍。根据Di
2、splayPort 1.4标准,在每路显示输出中该电缆支持四信道,每信道数据传输率可达8.1Gbps。DisplayPort则是以数据报的形式通过数字接口同时传输高分辨率音视频信号,总带宽可达32.4Gbps。高速的数据传输率和常见的嵌入式时钟架构的结合,有助于在差分讯号对信道中传输海量的数据和影音频号。讯号完整性成高速讯号传输挑战高速讯号在通过电缆或印刷电路板传输时,衰减现象很严重,甚至会导致讯号畸变。讯号通常透过传输线路传输,长度为10到12英吋的传输线路导致的通道插入损耗达20dB或更高。此外,反射、串扰、杂波讯号和散射都会导致讯号完整性与眼图区间恶化。讯号传输距离增加导致讯号衰减程度加
3、重且讯号质量下降,进而导致数据位错误,无法在远程或接收端成功复原传输的讯号。为避免或减轻这种现象,须为数据传输率为8.1Gbps以上的串行接口设置中继器,以滤除随机杂波和系统噪声,使讯号符合规范要求。中继器通常部署在信道途中,以补偿信道损耗。目前有两种类型的中继器:Retimer和Redriver。Retimer可对来自上游信道的讯号进行均衡,使用CDR恢复时钟讯号,并生成数字应激讯号,传送至下游信道。Redriver可均衡来自上游信道的讯号并将其传送至下游通道。它的输出讯号在输入讯号的连续驱动下生成。Redriver不包含CDR,也不执行复位时操作。桌机/笔电USB-C与USB-A接口讯号改
4、善方案在所有互联协议中,数据传输速率不断提高,对CPU的性能要求更高,进而提升整个信道的数据传输速率。当主流CPU供货商不断减小其芯片尺寸以降低功耗、维持性价比时,这种情形尤其明显,最终导致保证讯号符合规范要求的最大传输路径长度不断缩短。英特尔(Intel)的CNL和CFL平台USB3.1 Gen 2应用设计指南建议OEM厂商在使用USB-C接头时,使用基于Retimer的主动复用解决方案;在使用USB Type-A接头时,使用Retimer方案,以保证讯号完整性,获得更好的JTOL区间。Retimer应用必须符合USB 3.2规范的附录E,在USB 3.2 Gen2模式下能够提供23dB的损
5、耗补偿。USB 3.2规范定义了以下两种类型的Retimer:SRIS Retimer在SSC无关参考时钟(Separate Reference clock Independent of SSC, SRIS)Retimer应用中,传输时钟讯号来自本地参考时钟,与接收端复原的时钟讯号无关。BLR数据位Retimer(Bit-Level Retimer, BLR)的应用中,传输时钟讯号来自接收端复原的时钟讯号(链路训练的某些阶段除外)。图1与图2为对桌机/笔电的USB-C插入损耗进行补偿的设计。从图1和图2可知,DisplayPort的插入损耗为10.7dB(数据传输率8.1Gbps);USB-3
6、的插入损耗为12.8dB(数据传输率10Gbps)。硅谷数模(Analogix)对此进行了一项测试,测试环境如下:1. USB主机:Gigabyte GB-BSi5HA- 62002. 插入损耗板:15英寸(USB-C -micro-USB, FR-4)3. Retimer(ANX7440)EVB4. USB设备:Sandisk SSD Plus5. 示波器:DS0Z334A(33GHZ)图3为测量位置与测量结果。安装了Retimer的系统可望在主机到设备之间对最多23dB的插入损耗进行补偿(图4)。Retimer简化了PCB布线,可以在不牺牲平台性能的前提下,确保个人计算机主板和USB/Di
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