在本文中，安捷伦科技公司 USB 产品经理 Jim Choate 针对 USB 3.0 标准会给市场带来哪些变化以及会给工程实验室带来哪些挑战发表了自己的看法。他介绍了数字工程师将会用到的新技能，探讨了在扩频时钟方面可能存在的一致性问题，解释了较高速度将如何影响发射机、接收机与布线系统的测试，并且还探讨了数字标准的重要性和测量专业技术在执行互操作性测试时所发挥的重要作用。
Agilent USB 产品经理 Jim Choate
USB 技术的应用极为广泛。英特尔公司调查显示，全球 USB 产品出货量已经超过 60 亿件，几乎达到全世界每人一件的普及度。这还不够，性能更先进的 USB 3.0 技术将有可能进一步替代其他接口，占据更大的市场。
新的 USB 3.0 标准（超高速 USB）定义了数据传输技术，其速度是 USB 2.0 的 10 倍。速度的提高将会引发新一轮的电子产品消费热潮，并帮助消费者更方便地把视频传输到智能手机上。这个超高速标准的发展动力源自消费者不断提高的需求，而且从最终用户的角度看，这是一次极大的发展。
然而，发展并不意味着平淡无奇、一成不变。凭借高达 5 Gb/s 的数据速率和超过 200 MB/s 的数据吞吐量，USB 3.0 接口正在改变数据传输领域的现状。它的速度远远超过了 eSATA 和 FireWire，很可能会使这两种接口退出历史舞台。
尽管 PCI Express® 接口是内部总线，但适配器可通过该技术自如地在 PC 之间传输数据。凭借 USB 3.0 的增强性能，您可以撇开适配器，利用可与 PCI Express 相媲美的高吞吐量传输数据。这并不是说 USB 3.0 会取代 PCI Express 技术的地位――所有装运的 USB 3.0 主机现在使用的都是 PCI Express 卡――而是强调具有高传输速率的 USB 3.0 作为一种全新的技术，能够为工程师提供适用于各种应用的综合性能。
USB 3.0 标准还在改变工程实验室的现状。USB 3.0 的体系结构与 USB 2.0 截然不同，出于对速度的追求，它包含一个物理层，这一点与 PCI Express 技术极为相似。因此，USB 2.0 技术测试与调试领域的专家级工程师需要学习新的技能。此外在应用高速 3.0 技术时，数字工程师必须要处理微波效应，但他们在此方面通常没有任何经验。数字设计人员也需要解决信号路径路由和阻抗控制问题，这些都是 USB 3.0 的关键设计要求。在设计接收机时，由于需要实施复杂的 PLL（锁相环）和有源接收机均衡，因此设计难度简直提高了十倍。
设计人员面对的最大改变之一是全部 USB 3.0 产品都必须包含扩频时钟（SSC）。SSC 主要用于克服或降低 EMI（电磁干扰）。对设备芯片来说，低成本的设计难以实施控制良好的 SSC 调制。
图 1：一致性 USB 3.0 下扩频 SSC 轮廓
一些主板在实施中心扩频 SSC 定时的过程中出现错误，违反了 USB 3.0 技术指标的要求。中心扩频波形轮廓以额定频率为中心，并经过等量上下的调制，例如 +2500/-2500 ppm。如果系统在实施中心扩频 SSC 时出错，那么大多数 USB 3.0 器件都不能与之兼容。消费者购买了主机附加卡并将其插入系统时钟不一致的系统后，就会失望地发现两者不能相互兼容。
器件厂商已经找到一些办法来解决这一问题，例如关闭 SSC。一劳永逸的解决办法是，系统厂商应确保自身产品符合 PCI Express 和 USB 3.0 的 SSC 技术指标要求。因此，PCI Express 厂商联盟和 USB-IF 一致性项目组必须要解决这个问题。
USB 3.0 标准要求向后兼容，从而加大了符合一致性标准的器件的设计难度。随着 USB 标准的不断演进，其数据速率由 1.5 Mb/s、12 Mb/s（USB 1.1）激增至 480 Mb/s（USB 2.0），现在已增至 5 Gb/s（USB 3.0）。由于每个版本的 USB 标准都有独特的一致性测试技术指标，不同数据速率与信号电平同时共存，极大地增加了器件的复杂程度和测试要求。但它们支持向后兼容，可使消费者以不同的速度和吞吐量灵活地混合和匹配外围设备。这种灵活性也是 USB 的主要优势之一。
中文字中英对照：
Superspeed USB Hub： 超高速 USB 集线器
High Speed USB Hub：高速 USB 集线器
图 2：USB 3.0 系统可同时管理所有 USB 数据速率
USB 3.0 标准的数据速率提升了 10 倍，同时也给发射机、接收机和布线系统的测试带来了新的挑战。为了测试 SuperSpeed（超高速）发射机一致性和通道效应，工程师需要使用高带宽示波器和一致性码型来测量发射波形。由于 USB 3.0 支持超长的通道拓扑，因此工程师应通过长通道对发射机和接收机进行一致性测试。这意味着他们将会通过 3 米长的电缆和额外长度的 PCB 迹线（主机是 5 英寸，器件是 11 英寸）完成物理层的特征测试。
工程师的目标是使 USB 3.0 产品通过一致性测试，确保它们在电气上的互操作性。然而，一个或多个产品样本通过一致性测试，并不代表该产品在不同条件下或在采用新的制程后具有同样的性能。裕量测试可以为设计人员带来更大的信心。
诸如安捷伦等的测试与测量公司对测试流程的要求十分严格。我们为工程师提供各种先进测量仪器，确保他们能够按照标准对元器件和设备进行表征。在许多情况下，我们还为他们提供执行测试的方法。我们不仅销售工具，还竭尽全力帮助他们以最有效的方式表征器件。
为了销售完整的表征解决方案，我们需要深入地了解标准。安捷伦作为 USB 应用厂商论坛（USB-IF）的重要成员，不但对这一标准有着非常深刻的了解，而且还在该标准的建立过程做出了重大贡献。我们积极参加这些标准的制定，因而能够为 USB 设计工程师提供两大优势：
首先，我们能够根据工程师的需要适时地向市场上推出适合的产品。
其次，由于安捷伦参与了各种互连实验和研讨会，因此具有得天独厚的优势，能够开发随标准演进的解决方案，帮助工程师设计最可靠的产品。
新的 USB 3.0 标准将会显著增强各种电子器件的性能。安捷伦已经为工程师们准备好了所需的测试与测量工具，可帮助他们克服一切困难，更快地设计并向市场上推出全新的器件。
