详说USB移动开关信号与晶振关系

详说USB移动开关信号与晶振关系

通用串行总线(USB)已成为当今的主流接口器,为了满足网络智能终端设备(如PC到便携式设备,信息娱乐系统,存储设备,GPS等)之间信号快速数据传输的不断增长的需求,嵌入式有源晶振可增强USB设备功能并保护电路免受意外损坏,晶振电子互联技术可扩展一定的高频率信号传输速度,因为USB具有即插即用的能力,USB已经有效地取代了各种早期接口,例如串行和并行端口,以及便携式设备的独立电源充电器.

USB信号作为大多数嵌入式设计的一部分,石英晶振其灵活的增强性能它们占据了大部分市场,USB开关基本上是一个MUX,De-MUX,可在多个端口之间双向移动USB信号,并保持对USB-IF规范的遵守,常见的开关配置是2:1,尽管其他配置也是可能的,例如Pericom Semiconductor的PI2USB41224:1,虽然USB1.1和2.0的速度相对较低,但USB3.0的5GHz频率会带来一些信号完整性挑战,(表1).

USB2.0有四个引脚,而USB有九个(表2和表3),常见的大型USB标准A连接器插入USB集线器,与USB 2.0和3.0类似,但标记为"SS"(超高速)3.0,并向后兼容USB2.0插槽,四个向后兼容的USB,2.0引脚巧妙地集成到升级的七针3.0标准A连接器中,用于USB3.0的开关向后兼容USB2.0信号,但反之亦然,一个脚注,以免你问,我们将讨论局限于低功耗振荡器信号交换机而不是协议交换机,前者主要关注OSI模型的电物理层(PHY).

USB开关的基础是NMOS晶体管,适用于热插拔应用和快速切换,增加一个电荷泵可以加宽轨到轨输出电压,并允许更高的Vdd工作范围,同时仍能保持适中的~250μA功耗(图1),除了交换机的扇出外,还有许多表征石英晶体振荡器的关键参数,大化3dB带宽:一个常见的行业惯例是在3dB损耗点测量通道的信号频率,这对于4.0Mbps的USB2.0来说是微不足道的,但对于USB3.0的5Gbps来说却很重要,USB3.0交换机的良好目标应该是>2.5 Gbps,像Pericom Semiconductor这样的供应商拥有高达10.6GHz的最佳开关.

最低插入损耗:希望大限度地降低开关在OSC晶振工作频率下造成的功率损耗,大于?-0.8 dB的衰减将降低信号峰值并减缓上升/下降时间,所有这些都会降低信号质量,并可能导致违反USB 3.0规范,最低回波损耗:衡量信号和开关之间阻抗不匹配的指标,其设计目标是最大化功率传输,或者,这是开关功率与反射功率之比(以dB为单位),其中绝对数值越高越好,按照惯例,使用倒数,反射功率超过入射功率(以dB为单位),例如,Pericom的PI3USB302-A,USB3.02:1开关在2.5GHz时的回波损耗为-23.3dB.

许多CPU,MCU和外围设备仅包含一个USB2.0或3.0通道,开关就像一个"Y"型适配器,将一个USB2.0或3.0端口转换为两个,四个或更多,同时保持有源晶振良好的电气特性和高信号完整性,但他们使用的一些例子是什么?带调试的USB 2.0:图2显示了用于调试系统的2:1USB2.0信号开关的灵巧使用,其中D+/D-引脚可以是"常规"USB2.0信号或专有ART接口,如果USB设备首先指示MCU应在其UART引脚上寻找调试信号,则MCU可以告知交换机更改端口并激活连接到UART的端口.

衡量每个振荡器的信号从低到高和从高到低的转换,如何在多通道开关上的每个周期和通道之间变化,目标是一个对称的上升或者下降波形,石英振荡器不会影响信号的完整性,所以USB承受的能力至关重要,电阻晶体管源极和漏极之间开关与回波损耗一样,大功率传输应该是小的,石英晶体振荡器表示整个信号范围内大和小电阻之间的差异,由于模拟信号在较高频率下变得更嘈杂,过电压很重要.