如何支持USB、DP、PCIe三種信號(hào)協(xié)議？

USB4.0是2019年發(fā)布的規(guī)范文檔，是基于 Thunderbolt 3 協(xié)議，使用Type C接口，支持USB、DP、PCIe功能。USB4和DisPlayPort 2.0融合在一起，USB Type-C接口可以轉(zhuǎn)換為DP2.0模式，用來傳輸音視頻信號(hào)。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

如何支持USB、DP、PCIe三種信號(hào)協(xié)議？在三種之間進(jìn)行切換？文檔給出的是Tunnel 技術(shù)，這樣就可以最大限度發(fā)揮物理帶寬性能。

外部設(shè)備收到來自USB4接口的數(shù)據(jù)，USB 2.0數(shù)據(jù)傳輸給USB 2.0功能模塊，USB3上行端口適配器分離出USB 3.2數(shù)據(jù)傳遞給增強(qiáng)型超速功能模塊，PCIe上行端口適配器分離出PCIe數(shù)據(jù)傳遞給PCIe功能模塊，DisplayPort輸出適配器分離出視頻信號(hào)給DisplayPort顯示模塊。這樣USB4主機(jī)就可以和外部設(shè)備（比如固態(tài)硬盤，移動(dòng)硬盤，顯示器等）之間進(jìn)行傳遞文件和顯示視頻等功能。

這個(gè)技術(shù)讓我想起Type C支持的拓展模式Alternate Mode。

規(guī)范文檔文末，給出使用Tunnel 技術(shù)，USB鏈路的帶寬：

對(duì)前面的1485/1537/1169/1259 ns延遲時(shí)間的計(jì)算，理解得不夠，這邊做個(gè)記錄，后面等其他串行信號(hào)學(xué)習(xí)總結(jié)后，再做比較和理解。

USB3.0鏈路給出的損耗指標(biāo)：

需要注意的，Device部分的2~3inch PCB 走線，之所以給出的是一個(gè)范圍，是因?yàn)?.5dB包含芯片封裝和寄生效應(yīng)。

這個(gè)是2008年提的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。等到2012年，為了增加設(shè)備端的損耗裕量，將總損耗提高了4dB，用以終端設(shè)備損耗裕量提高。

針對(duì)Gen1和Gen2不同速率鏈路，各部分損耗標(biāo)準(zhǔn)做了細(xì)分，同時(shí)針對(duì)不同的接口形式也給出細(xì)化指標(biāo)：

以上這些是在USB3.1版本的文檔給出的相關(guān)量化數(shù)據(jù)。

2021 DesignCon 關(guān)于USB部分的技術(shù)文檔，也給出了相關(guān)量化指標(biāo)：

有消費(fèi)類產(chǎn)品就是使用的上面的標(biāo)準(zhǔn)。

等到USB4規(guī)范文檔，這里面的協(xié)和USB4有一些不同：

前文也給出過，針對(duì)Repeater中繼器給出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

會(huì)發(fā)現(xiàn)，相關(guān)的指標(biāo)比較多，針對(duì)各種應(yīng)用選擇有的不同細(xì)化指標(biāo)，這取決于你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品和應(yīng)用。

串行信號(hào)的測(cè)試，都會(huì)使用測(cè)試夾具（Fixture）。USB4規(guī)范文檔這里面針對(duì)測(cè)試夾具的指標(biāo)：5GHz時(shí)為0.5dB ± 0.25 dB，在10 GHz 時(shí)為1dB ± 0.25 dB。

夾具的目標(biāo)單端阻抗應(yīng)為42.5 Ω，也就是85Ω的差分阻抗。

針對(duì)Gen 2 和Gen 3 測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試點(diǎn)的選擇都是不同的，做了細(xì)分。

鏈路測(cè)試點(diǎn)示意圖：

測(cè)試指標(biāo)也做了細(xì)分，即使是Gen2速率下，測(cè)試指標(biāo)也有所不同：

針對(duì)鏈路，滿足相關(guān)的測(cè)試指標(biāo)，給出均衡參數(shù)配置，以此來找到最優(yōu)的值：

USB4設(shè)計(jì)沒有做過，也沒有看到最新的設(shè)計(jì)方面的文檔。關(guān)于USB4設(shè)計(jì)方面的管控，可以參考USB3.2設(shè)計(jì)方面的相關(guān)指標(biāo)：

Stub Gen 2 ＜381um;

USB3.2針對(duì)AC 耦合電容100nF(75~265nF)，USB4這里給出的范圍是135~265 nF;

反焊盤的處理:

審核編輯 ：李倩