《電子技術(shù)應(yīng)用》
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尋求更簡(jiǎn)單,更具成本優(yōu)勢(shì)的方式 來(lái)實(shí)現(xiàn)USB3.0功能

2015-08-16
作者:Gordon Lunn & Lee Chee Ee , FTDI Chip

  相對(duì)USB2.0而言,USB3.0超高速標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)傳輸速率方面呈現(xiàn)高速增長(zhǎng),因此可以賦予工程師更多的可以解決能力數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用場(chǎng)景的能力。然而一些潛在因子可能會(huì)放緩采用下一代整合的界面科技。下面的文章將詳細(xì)介紹目前正在采用USB3.0的半導(dǎo)體廠商,并而以不同的角度就中/長(zhǎng)期的策略,找出最有效的解決方案。

  由市場(chǎng)研究公司全球工業(yè)分析師于今年初的市場(chǎng)分析,全球USB 3.0的設(shè)備的銷售量到2020年的使用會(huì)沖破30億大關(guān)。  亞太地區(qū)很可能在此期間主導(dǎo)需求(預(yù)計(jì)有36%的年復(fù)合增長(zhǎng)率)。
  最好的例子是,USB3.0技術(shù)至今已廣泛的運(yùn)用於需要大量數(shù)據(jù)的傳送的各種外部存儲(chǔ)設(shè)備中。在這應(yīng)用中,資料的讀寫(xiě)速度的大幅增加是最大的特點(diǎn),同時(shí)并避免越來(lái)越普遍的數(shù)據(jù)堵塞問(wèn)題。重要的是要認(rèn)識(shí)到,USB3.0將不僅是消費(fèi)者主導(dǎo)的現(xiàn)象。市場(chǎng)的增長(zhǎng)和在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上工程師們不斷激發(fā)的熱情也帶來(lái)一些額外的動(dòng)力并帶來(lái)顯著效果。還有一些其他的主要應(yīng)用在於一些成熟的市場(chǎng)像高清安防設(shè)備和工業(yè)數(shù)據(jù)采集硬件,以及醫(yī)療成像和高清(HD)顯示系統(tǒng),銷售系統(tǒng)等
  USB 3.0:功能與用途
  USB3.0在未來(lái)看起來(lái)是一片樂(lè)觀,USB接口受歡迎的原因是因?yàn)樘峁┫嗤宇^和隨插及用的特性,使它成為世界上最普遍的接口技術(shù)(每年超過(guò)30億套)的,但USB3.0 增加了一些優(yōu)勢(shì),它可以以高達(dá)5Gbits / s的速率通過(guò)全雙工的I/O結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù),比起原本通過(guò)USB2.0可達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率480Mbit/s而言,是一大突破。
  此外,USB Power Delivery 的規(guī)格從上一代的提供10W的電力輸送到一個(gè)令人印象深刻的100W。這意味著,可以產(chǎn)生的應(yīng)用將比現(xiàn)代的系統(tǒng)范圍更大更廣。而它的向下兼容性又是另一個(gè)很大的特色,可以方便升級(jí)現(xiàn)有設(shè)備。跟其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和其他互連技術(shù)相比,在速度方面,它可以超越最新的FireWire的800Mbits/ s和CameraLink的2.08Gbits/s,更遠(yuǎn)遠(yuǎn)比HDMI更靈活。以前USB 3.0可能只有少部分的操作系統(tǒng)可支持 ,但現(xiàn)在USB3.0已經(jīng)可以工作在Linux等嵌入式等提供各種工業(yè)用途。
  USB3.0在消費(fèi)電子領(lǐng)域以外的一個(gè)主要的前景是工業(yè)數(shù)據(jù)記錄-例如檢測(cè)液體流過(guò)管道,以便可以防止泄露和堵塞,或者環(huán)境感測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠確??諝饣瘜W(xué)化合物或者顆粒不超過(guò)安全閥值,另一大應(yīng)用則是是多媒體內(nèi)容傳輸。
  支持速度為120Hz的1920x1080pixel的視頻,USB 3.0具有足夠的帶寬可用。高清圖像數(shù)據(jù)可以以幀速率展示,并允許沒(méi)有任何延遲或者缺陷的流暢的播放。因此可以支持多種視頻成象應(yīng)用,并實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率,由於使用易于安裝的標(biāo)準(zhǔn)USB 3.0 - 不但可做為數(shù)據(jù)傳輸,還可以提供電源。
  由于資料與電源都集成在同一電纜,所以不論開(kāi)發(fā)的時(shí)間丶PCB版所占的的空間,都可被最佳化。它可以被用在機(jī)器視覺(jué)- 使更高分辨率的圖像傳感器更規(guī)范,所以在工廠生產(chǎn)線的這些產(chǎn)品可以以更快的速度檢查更細(xì)節(jié)的地方。
  在品質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)被提升的時(shí)候,有時(shí)反而會(huì)帶來(lái)一些機(jī)會(huì)。比如交通監(jiān)控用的攝像頭系統(tǒng)需要更大的解晰度(辨識(shí)的車(chē)牌號(hào)可以被認(rèn)定為法律中的證物),在這應(yīng)用下USB3.0即可提供足夠的頻寬,另外丶像是三維成像,在同一個(gè)時(shí)間用相機(jī)從多個(gè)角度拍照儲(chǔ)存,如身臨其境的游戲或者為假肢裝配的身體成像等應(yīng)用下,USB 3.0也備受重視。
  支持USB3.0的芯片
  很顯然,即將到來(lái)的USD3.0有很多可能性,但必須指出的是,目前大部分的半導(dǎo)體解決方案在備份標(biāo)準(zhǔn)上仍有有其局限性。這些主要基于MCU控制器的集成電路是一大關(guān)鍵。在相當(dāng)大比例的應(yīng)用上,它們的適用度方面,人們已經(jīng)提出了問(wèn)題。
  因?yàn)樾枰肕CU為元素來(lái)開(kāi)發(fā),編譯和調(diào)試編碼,第一波的USB3.0接口設(shè)備已經(jīng)證明去實(shí)現(xiàn)它們是比較復(fù)雜的。他們需要有經(jīng)驗(yàn)的工程團(tuán)隊(duì)和大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間。這些ICs內(nèi)在的MCU內(nèi)核的成本架構(gòu)也會(huì)相對(duì)較高,而且占用大量的電路板面積。除此之外,也要考慮更多的功耗。有個(gè)相當(dāng)強(qiáng)勁的需求就是要給MCU式的USB3.0系統(tǒng)設(shè)計(jì)找一個(gè)替代選擇,最好又能夠精簡(jiǎn)BOM成本,電路板空間和消耗的功率。

QQ截圖20150816181326.png

  圖1:FTDI Chip 開(kāi)發(fā)的 FT600 USB 3.0 IC
  有鑒於此FTDI Chip 已經(jīng)著手針對(duì)USB3.0技術(shù)的需求而布局,以滿足更有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力,更小空間,更低功耗的應(yīng)用需求。它避免了一些基于MCU實(shí)現(xiàn)上的缺陷,并在最近推出了新一代的USB3.0接口IC。
  FT600/1 USB3.0 轉(zhuǎn)FIFO橋接設(shè)備最快時(shí)可以提供3.2Gbits/ s數(shù)據(jù)吞吐率。FT600及FT601分別帶一個(gè)16位及32位寬的FIFO總線接口。它們基于一個(gè)內(nèi)建的32位處理器核心(運(yùn)行在100兆赫),內(nèi)件程序來(lái)控制不同的內(nèi)部IC子單元。這意味著工程師不需要擔(dān)憂如同其他解決方案那樣需要編寫(xiě)大量的代碼。這部分工作轉(zhuǎn)化為一個(gè)USB 3.0集成電路,它提供更低的價(jià)格 (只有競(jìng)爭(zhēng)ICs 30%的成本)和超短的開(kāi)發(fā)時(shí)間。
  FT600系列設(shè)備各有兩種接口模式。它們是標(biāo)準(zhǔn)的同步的245FIFO模式-這是簡(jiǎn)單直接的優(yōu)化的實(shí)現(xiàn),另外還有多通道FIFO模式-支持最多4個(gè)邏輯的FIFO通道和為更高吞吐量?jī)?yōu)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),同時(shí)提供更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性。
  8個(gè)USB endpoints可以使用 為創(chuàng)建多接口設(shè)備的需求,這些端點(diǎn)足可應(yīng)對(duì)多種不同類型終端的設(shè)計(jì),也就是說(shuō)一個(gè)全新的驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)已經(jīng)到位。另外FT600的遠(yuǎn)程喚醒功能能迅速將USB主機(jī)從休眠狀態(tài) 下喚醒,而電池充電檢測(cè)功能可檢測(cè)出USB兼容專用充電端口,并可用外部線路來(lái)啟動(dòng)較高的充電電流。
  總之,嵌入式系統(tǒng)的MCU已經(jīng)越來(lái)愈廣泛使用USB3.0,而非只是從成本與單純的技術(shù)層面。有線的解決方案可以克服許多潛藏的問(wèn)題,對(duì)於很多應(yīng)用而言,更是最佳的方式。通過(guò)它們,工程師將有機(jī)會(huì)使用成本更低丶操作更簡(jiǎn)便性的芯片。

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