eUSB2設計注意事項及如何在先進工藝節(jié)點中實現應用

eUSB2的重要性

預計，最初將會出現eUSB2 （embedded USB2， 嵌入式USB2.0） 芯片，其能夠與低電壓SoC橋接（圖1）。這將是一個eUSB2中繼器。

然后，那些從1998年就開始使用標準USB鼠標的用戶或者從2005年就開始使用4MB閃存驅動器的用戶就可以在2023年的高級筆記本電腦上使用它了。這種設置將大行其道，因為eUSB2 IP將能夠提升信號強度并為外圍設備或傳統(tǒng)外設提供支持。

圖1：eUSB2框圖

產品中的eUSB2

由于eUSB2使用較低的電壓，因此，利用較低的電壓可降低在設計中的功耗。筆記本電腦和平板電腦都可以利用這一特性。eUSB2 1V可用于芯片之間，只要USB外圍設備具有eUSB2 IP，就不需要中繼器。eUSB2可用于連接觸摸屏、指針桿或觸摸板。它可以以最高480 Mbps或Hi-Speed USB 2.0的速率連接到產品外殼/機箱內的任何東西。

利用eUSB2降低功耗

eUSB2使用較低的電壓和功率，諸如單端信號，而不是差分對信號等功能，可以進一步降低功耗。對于有源（Active）或空閑（Idle）設備，這可以將功耗整整降低一個數量級——從數10 mW減少到幾個mW。這意味著，在主動傳輸時，它將使用更少的電力。此外，當空閑和“偵聽”數據時，例如當你按下觸摸屏或敲擊鍵盤或點擊鼠標時，它會使用更少的電力。

USB及其他

eUSB2實現需要所有 USB速度，因為互操性要求所有USB2.0的速度；USB 2.0包括高速（480 Mbps）、全速（12 Mbps）和低速（1.5 Mbps）。

關于eUSB2的補充

eUSB2將USB帶入嵌入式系統(tǒng)

隨著USB生態(tài)系統(tǒng)向更小，功耗更低的過程節(jié)點發(fā)展，嵌入式USB2（eUSB2）的關鍵機遇出現了。工程師可以使用eUSB2進行低壓芯片間通信，或者通過使用eUSB2中繼器來提供完全兼容的USB 2.0接口。

eUSB2支持兩種不同的操作模式：

純模式通過直接eUSB2信號連接提供永久的板載芯片間通信，如圖1所示。它提供了更低的輸入/輸出（I / O）電壓和電源效率的優(yōu)點，這些優(yōu)點在規(guī)范附錄“ USB版本2.0的嵌入式USB2（eUSB2）物理層附錄”中實現?！?，同時在協(xié)議層保持兼容USB 2.0。與許多其他芯片到芯片接口相比，eUSB2還支持更長的印刷電路板（PCB）跡線長度支持；高速芯片間（HSIC）和USB 2.0收發(fā)器宏單元接口以及低引腳接口（ULPI）通常最多為3英寸至4英寸。僅支持純模式作為芯片間互連，并且不向后兼容物理USB 2.0規(guī)范。標準USB 2.0主機或設備無法直接連接到本機eUSB2應用程序。

圖1.通過純模式的直接EUSB2信號連接可用于板載芯片間通信。

中繼器模式使實現eUSB2的芯片通過單獨的eUSB2中繼器連接到標準USB主機或設備。eUSB2中繼器可將電平轉換到USB 2.0的3.3 V物理接口，并將單端eUSB2全速/低速（FS / LS）信號轉換為標準USB 2.0 FS / LS信號。通過eUSB2中繼器將具有eUSB2接口的主機或設備芯片路由到標準USB連接器，將支持任何速度的USB 2.0連接，如圖2所示。

圖2. EUSB2中繼器可以將具有EUSB2接口的主機或設備芯片路由到標準USB連接器，以支持任何速度的USB 2.0連接。

eUSB2中繼器的USB 2.0接口滿足標準USB 2.0端口的所有信號傳輸，互操作性和向后兼容要求，并且可以處理5 m的最大電纜長度。eUSB2中繼器應用程序具有eUSB2標準為主機或設備芯片實現的較低I / O電壓和電源效率的優(yōu)勢。使用較大的PCB時，可以將eUSB2中繼器放置在靠近USB連接器的位置，從而簡化了布線和信號完整性問題。

eUSB2中繼器非常靈活，可以通過eUSB2主機或設備的簡單中繼器配置信號在主機，設備或雙角色設備上實現。

eUSB2設計注意事項

規(guī)格補充文件不會影響協(xié)議或應用程序層，允許重復使用現有的USB軟件和驅動程序，但概述了可能影響系統(tǒng)設計和布局的物理層更改。

阻抗

eUSB2應用程序具有許多與典型USB 2.0設計相同的設計注意事項。您應將eD +（eUSB2數據+）和eD-（eUSB2數據-）線作為差分對進行布線，匹配走線長度，最好在堅固的接地層上布線。盡管eUSB2的標稱PCB走線長度為10英寸（這提供了更大的布線靈活性），但eUSB2的輸出阻抗為40Ω，差分終端阻抗為80Ω，而不是USB 2.0要求的45Ω/ 90Ω。為了在具有eUSB2和USB 2.0走線的PCB上實現更輕松的布線，對于eUSB2設計（本機或中繼器），建議走線差分阻抗為85Ω。

V BUS

USB生態(tài)系統(tǒng)中的許多最新創(chuàng)新都圍繞其電源傳輸功能而展開，而eUSB2規(guī)范與V BUS無關。純模式應用程序可能沒有V BUS組件，但轉發(fā)器模式應用程序將需要處理eUSB2轉發(fā)器外部的V BUS電源提供商或用戶功能。

集線器層

USB 2.0規(guī)范在有效的總線拓撲結構中最多允許五層高速或FS集線器。雖然很少使用使用多層集線器的應用程序，但請注意，考慮到USB高速數據包開始同步字段截斷和數據包末尾運球，eUSB2中繼器等效于單個高速集線器層。由于抖動預算限制，eUSB2中繼器等效于兩個FS集線器層。

結束語

eUSB2的定位是幫助USB繼續(xù)成為無處不在的連接接口，即使應用程序過渡到了低功耗，更小的過程節(jié)點。eUSB2中繼器可實現先進半導體的互操作性，同時還向后兼容現有USB 2.0生態(tài)系統(tǒng)。

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