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寻求更简单,更具成本优势的方式 来实现USB3.0功能

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

  相对USB2.0而言,USB3.0超高速标准在数据传输速率方面呈现高速增长,因此可以赋予工程师更多的可以解决能力数据密集型应用场景的能力。然而一些潜在因子可能会放缓采用下一代整合的界面科技。下面的文章将详细介绍目前正在采用USB3.0的半导体厂商,并而以不同的角度就中/长期的策略,找出最有效的解决方案。

  由市场研究公司全球工业分析师于今年初的市场分析,全球USB 3.0的设备的销售量到2020年的使用会冲破30亿大关。  亚太地区很可能在此期间主导需求(预计有36%的年复合增长率)。
  最好的例子是,USB3.0技术至今已广泛的运用於需要大量数据的传送的各种外部存储设备中。在这应用中,资料的读写速度的大幅增加是最大的特点,同时并避免越来越普遍的数据堵塞问题。重要的是要认识到,USB3.0将不仅是消费者主导的现象。市场的增长和在这个标准上工程师们不断激发的热情也带来一些额外的动力并带来显着效果。还有一些其他的主要应用在於一些成熟的市场像高清安防设备和工业数据采集硬件,以及医疗成像和高清(HD)显示系统,销售系统等
  USB 3.0:功能与用途
  USB3.0在未来看起来是一片乐观,USB接口受欢迎的原因是因为提供相同接头和随插及用的特性,使它成为世界上最普遍的接口技术(每年超过30亿套)的,但USB3.0 增加了一些优势,它可以以高达5Gbits / s的速率通过全双工的I/O结构传输数据,比起原本通过USB2.0可达到的数据传输速率480Mbit/s而言,是一大突破。
  此外,USB Power Delivery 的规格从上一代的提供10W的电力输送到一个令人印象深刻的100W。这意味着,可以产生的应用将比现代的系统范围更大更广。而它的向下兼容性又是另一个很大的特色,可以方便升级现有设备。跟其他竞争对手和其他互连技术相比,在速度方面,它可以超越最新的FireWire的800Mbits/ s和CameraLink的2.08Gbits/s,更远远比HDMI更灵活。以前USB 3.0可能只有少部分的操作系统可支持 ,但现在USB3.0已经可以工作在Linux等嵌入式等提供各种工业用途。
  USB3.0在消费电子领域以外的一个主要的前景是工业数据记录-例如检测液体流过管道,以便可以防止泄露和堵塞,或者环境感测系统,该系统能够确保空气化学化合物或者颗粒不超过安全阀值,另一大应用则是是多媒体内容传输。
  支持速度为120Hz的1920x1080pixel的视频,USB 3.0具有足够的带宽可用。高清图像数据可以以帧速率展示,并允许没有任何延迟或者缺陷的流畅的播放。因此可以支持多种视频成象应用,并实现高数据传输速率,由於使用易于安装的标准USB 3.0 - 不但可做为数据传输,还可以提供电源。
  由于资料与电源都集成在同一电缆,所以不论开发的时间丶PCB版所占的的空间,都可被最佳化。它可以被用在机器视觉- 使更高分辨率的图像传感器更规范,所以在工厂生产线的这些产品可以以更快的速度检查更细节的地方。
  在品质控制标准被提升的时候,有时反而会带来一些机会。比如交通监控用的摄像头系统需要更大的解晰度(辨识的车牌号可以被认定为法律中的证物),在这应用下USB3.0即可提供足够的频宽,另外丶像是三维成像,在同一个时间用相机从多个角度拍照储存,如身临其境的游戏或者为假肢装配的身体成像等应用下,USB 3.0也备受重视。
  支持USB3.0的芯片
  很显然,即将到来的USD3.0有很多可能性,但必须指出的是,目前大部分的半导体解决方案在备份标准上仍有有其局限性。这些主要基于MCU控制器的集成电路是一大关键。在相当大比例的应用上,它们的适用度方面,人们已经提出了问题。
  因为需要用MCU为元素来开发,编译和调试编码,第一波的USB3.0接口设备已经证明去实现它们是比较复杂的。他们需要有经验的工程团队和大量的开发时间。这些ICs内在的MCU内核的成本架构也会相对较高,而且占用大量的电路板面积。除此之外,也要考虑更多的功耗。有个相当强劲的需求就是要给MCU式的USB3.0系统设计找一个替代选择,最好又能够精简BOM成本,电路板空间和消耗的功率。

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  图1:FTDI Chip 开发的 FT600 USB 3.0 IC
  有鉴於此FTDI Chip 已经着手针对USB3.0技术的需求而布局,以满足更有价格竞争力,更小空间,更低功耗的应用需求。它避免了一些基于MCU实现上的缺陷,并在最近推出了新一代的USB3.0接口IC。
  FT600/1 USB3.0 转FIFO桥接设备最快时可以提供3.2Gbits/ s数据吞吐率。FT600及FT601分别带一个16位及32位宽的FIFO总线接口。它们基于一个内建的32位处理器核心(运行在100兆赫),内件程序来控制不同的内部IC子单元。这意味着工程师不需要担忧如同其他解决方案那样需要编写大量的代码。这部分工作转化为一个USB 3.0集成电路,它提供更低的价格 (只有竞争ICs 30%的成本)和超短的开发时间。
  FT600系列设备各有两种接口模式。它们是标准的同步的245FIFO模式-这是简单直接的优化的实现,另外还有多通道FIFO模式-支持最多4个逻辑的FIFO通道和为更高吞吐量优化的数据结构,同时提供更多的系统设计灵活性。
  8个USB endpoints可以使用 为创建多接口设备的需求,这些端点足可应对多种不同类型终端的设计,也就是说一个全新的驱动程序架构已经到位。另外FT600的远程唤醒功能能迅速将USB主机从休眠状态 下唤醒,而电池充电检测功能可检测出USB兼容专用充电端口,并可用外部线路来启动较高的充电电流。
  总之,嵌入式系统的MCU已经越来愈广泛使用USB3.0,而非只是从成本与单纯的技术层面。有线的解决方案可以克服许多潜藏的问题,对於很多应用而言,更是最佳的方式。通过它们,工程师将有机会使用成本更低丶操作更简便性的芯片。

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