USB3.0：点燃2011消费电子新热情

　　USB演进

　　通用串行总线(USB，Universal Serial BUS)技术问世以来，在USB设计论坛(USB-IF)及相关厂商的大力推动下，已经成为名副其实应用最广泛的外部数据传输总线标准，并且逐渐扩展到PC以外的诸多应用。全球有超过100亿台的计算机外设和消费电子产品支持USB连接端口作为其主要或唯一的传输接口，USB可说是有史以来最成功的连接技术。更令人惊叹的是，据估计，USB生态系统仍以每年30亿台的速度持续扩展，几乎已将“即插即用”的简易性带到每一台电子设备中，为消费者提供开箱即用的绝佳使用体验。大众所熟悉的USB接头和线缆已被视为兼容性的象征，能为各种层面的用户体验创造一个无缝的、无所不在的连接世界。

　　随着用户对数据传输速率需求不断提升，USB2.0已经无法满足多媒体应用对传输的需要，USB-IF在2008年11月推出全新超高速USB(SuperSpeed USB)标准，即USB3.0，旨在满足富媒体和大型数字文件传输带宽的要求。USB 3.0 规定的 5Gb/s 数据率和 200Mb/s 的数据吞吐率是 USB 2.0 的10倍。USB系统的演进如图1所示，USB3.0可以兼容原有各种USB传输标准，以及支持未来的光纤传输，如图2 所示。

　　USB 3.0 的推出解决了 USB 2.0 一些性能瓶颈问题。高速 USB 2.0 提供 480Mb/s 的数据率，但实际数据吞吐率往往受 I/O 性能限制而超不过 35MB/s。当下载较大文件时，较高的吞吐率能节省可观的传输时间。USB 3.0 可提供高达 5Gb/s 的数据传输率和 200MB/s 以上的数据吞吐率，实际中的表现区别详见表1。

　　全新特性

　　USB 2.0接口共有4条线路，其中两条对应数据输入输出，另外两条分别是供电和地线。USB 3.0在此基础上增加了5个触点，其中有四条线，两条为数据输出，两条数据输入，并且这四条线路可以实现双向同时传输，即采用了对偶单纯形四线制差分信号线。这样整个配线系统总共就有 8 条线，4 条遵从 USB 2.0 规范和用于确保向后兼容性，新增的4 条线配置为专门用于 USB 3.0 通信的两对线(如图3)。它们采用全单工工作模式，一对线发送，另一对线接收。解决了USB 2.0的输入输出线路无法实现同时工作(即输入信号时无法输出的问题)之后，USB3.0的双向传输模式大大提高了传输速度。

　　SMSC计算与连接事业部门营销总监Mark Fu特别介绍道，USB 3.0在物理层、链接层以及协议层提供其它的优点，这使它成为显示应用的理想选择。

　　在物理层，SuperSpeed USB的每比特位功率较USB 2.0为低，因此，其速度虽然增加了10倍，功耗增加却很少。Super Speed信号为基于专用TX和RX差分信号对的双单工(dual simplex)信号，因此总线不需要处理双向流量。由于显示器仅单纯地接收信号，因此从USB 3.0主机端流向SuperSpeed USB显示器的大量显示数据不会影响反方向数据传输的性能。

　　在链接层，USB 3.0使用先进编码技术以达到10-20的误码率，因此可做为稳健且可靠的视频传输总线。扩展到四个链接功耗状态的电源管理提供了实现高效单位数据功耗的良好基础。事实上，每个设备都能驱动自己的链接状态，以达到所需的功率特性。当某特定设备没有待传输的数据时，此设备可将其链接设定在低功耗状态，不会对其他设备造成影响。除了链接层，USB 3.0还进一步采用了一个全局性的电源管理方案。它在物理层、链接层、协议层、主机端、集线器和设备端等所有层级中，都采取了省电技术，以提高整个系统的电源效率。在功耗尽可能降低的同时，每一个端口上USB 3.0线缆能获得高达4.5瓦 (900 mA @ 5V)的功率，接近USB 2.0的 2.5瓦的两倍。这有可能催生出总线供电的崭新应用，也许利用单根USB线缆即可为台式显示器供电。更令人兴奋的是，液晶面板技术的最新进展亦同时集中在如何大幅降低功率上面。高功效的LED背光、亮度增强膜以及 场序制彩色(field sequential color )LCD技术等，都试图把显示器的功耗降低到可控水平，最终有望实现以单根USB缆线为显示器供电的目标。这些技术的发展，将使USB显示器成为与USB鼠标或闪存一样普遍的应用。

　　与此同时，德州仪器亚洲区市场开发高性能模拟产品市场经理林士元强调，为了适应节能及待机功耗的新要求，USB3.0还引入了新的电源管理机制，支持待机、休眠和暂停等状态。通过引入了能效更高的供电协议标准，放弃了设备轮询模式，转而采用中断模式。通俗地说，在USB 2.0模式下，即使连接的USB处于非活动或待机状态下，USB总线控制器仍然需要定期检查该设备是否需要传输数据。而在USB 3.0模式下，设备待机时可完全切断USB连接，需要恢复时会自行向控制器发送一个中断信号，告知控制器开始数据传输，这就使得待机设备无需耗电。