如果主机距离外围设备很近,最新版本的USB可提供高达 2.5 Gb/s 的速率。在长距离使用 USB 的应用中,设计人员必须找到一些方法来抵消信号衰减,以维持 USB 规定的数据速率。
虽然也可以采用均衡、加重和直流增益技术,但通过 USB 转接,设计人员可获得更大的成功并缩短上市时间。转接驱动器是集成器件,包括解决信号衰减所需的所有电子元件。
本文首先介绍转接驱动器的操作,然后引入一些示例器件并说明其应用方式。
USB 可以拉长距离,但需要付出代价
USB 规范在制定时,会假定仅在相距几米内的器件之间进行连接,例如计算机和外部驱动器之间的连接。USB 3.0 规范规定电缆长度应限制在 3 米以内,以保持信号完整性。但 USB 技术的成功之处正在于现在它可用于出于实际需要必须使用更缆的应用。示例包括将服务器与安装在大型商店中的显示器面板连接。
遗憾的是,较长的电缆与高速 USB 版本常见的高频信号相结合,会带来信号完整性挑战,例如通道插入损耗、串扰、码间干扰 (ISI) 以及随之而来的吞吐量降低。
USB 系统设计人员可以采用多种技术来克服信号衰减。例如,均衡和加重可用于限制通道插入损耗和 ISI 的影响。提高 增益有助于克服串扰引起的损耗。
但是,设计信号调节电路会增加 USB 系统的复杂性,并且加大挑战的严峻程度,因为 USB 技术使用单独的信号对进行发送和接收,导致所需的电路加倍。USB 转接驱动器的出现为设计师带来了福音。
信号衰减的原因
高速 USB 需要克服的信号衰减问题并非该技术所独有;所有高速通信链路产品的设计人员都熟知此类问题。它们也不是长电缆 USB 安装所独有,但由于短电缆中的信号衰减较少,因此问题并不明显。
高速通信系统中的信号衰减主要是由于插入损耗、串扰和 ISI 的共同作用。
插入损耗是由电缆引起的信号功率衰减的结果。损耗与电缆长度成正比。串扰是相邻信号载波的、电感或电导“耦合”,这降低了两者中信号的完整性。当一个符号(携带数据并根据载波频率重复的离散信号)干扰前一个符号时,会发生 ISI,从而会增加噪声和失真。ISI 与载波频率(因为信号之间的时间间隔随着频率升高减小)和电缆长度(因为信噪比 (SNR) 在较长的电缆中减小)成比例。噪声是信号中不携带有用信息的部分。