通用接口USB3.0设备控制器的优势

　　USB简介：

　　通用串行总线(USB)旨在实现键盘、鼠标、打印机、U盘、硬盘、便携式媒体播放器等电脑外设的标准化连接，支持它们的通信和供电需求。USB是当今PC和消费类设备最常见的连接解决方案。USB即插即用、简便易用、实施简单，不断受到新型应用和新兴细分市场的青睐。从USB标准的发展史来说，该标准的第一版USB 1.0于1996年发布。USB 1.0定义了两种传输速度，以满足当时出现的不同类型的设备需求。其中1.5 Mbps(低速)用于满足键盘、游戏操纵杆等低速设备需求，而12 Mbps(全速)则用于满足磁盘驱动器等设备需求。USB 2.0标准于2000年发布，最高信号传输速率达到480 Mbps(高速)，是全速信号传输速率的40倍。USB 3.0标准于2008年发布，最高信号传输速率达到5 Gbps(超高速)，是高速信号传输速率的10倍。

　　问题在于，哪些应用需要超高速的信号传输速率。看看成像数据和存储领域的发展演进，就会发现高速数据传输速率现已无法满足这些市场的需求。传输未压缩的高清视频(1080p@30fps)需要约118 MBps的数据流。此外，根据最新SD卡标准(v3.0)，也就是所谓的容量扩大化的安全存储卡(SDXC)，现在SD卡的最大存储容量已高达2TB。SDXC存储卡的运行时钟频率最大可达208 MHz，从而数据传输速率可高达104 MBps。USB 3.0能够无条件地支持上述市场需求。USB 3.0向后兼容USB 2.0，因此USB标准也一直保持着向后兼容性。

　　本文随后将探讨USB 3.0设备控制器的三种不同应用(数据采集系统、电脑电视收发器和UVC摄像头)，并介绍通用USB 3.0设备控制器如何满足上述各种应用需求。

　　数据采集系统：

　　数据采集就是对检测真实世界物理环境的信号进行采样并将得到的样本转换为计算机能操控的数字数值的这样一个过程。基于USB的数据采集方框图如图1所示。

　　不同行业都需要实时监控测试设备的各种不同参数。传感器连接到设备，传感器的输出连接到高速模数转换器(ADC)。比方说，我们使用的ADC，其数据采样速率为160MSPS，每个采样的输出为16位，那么该ADC的数据输出速率为320MBps，这时我们就需要USB 3.0设备控制器将信息传输给电脑。电脑上的用户软件负责接收这些数据，并按要求显示。

　　ADC上的串行端口接口(SPI)使用户能够根据具体功能或操作通过ADC中结构化的寄存器空间配置ADC。SPI根据应用可提供更高的灵活性和定制化功能。

　　数字电脑电视收发器：

　　收发器是指插入电脑的任何小硬件。电脑电视收发器(PC TV dongle)就是一种用于在电脑上看电视的小硬件。根据电视信号的不同，有两种不同类型的电脑电视收发器。如果电视信号源为数字信号，那就是数字电脑电视收发器;如果采用的是模拟信号，那就是模拟电脑电视收发器。数字电脑电视收发器的方框图如图2所示。

　　数字电脑电视收发器的主要组件为数字调谐器、数字解调制器以及用作MPEG2-TS到USB桥接器的USB控制器。电视收发器中的调谐器用于调节RF信号到与之连接的特定解调制器，解调制器得到DVB/ATSC/ISDB/DMB输入并输出MPEG2传输流给USB控制器。USB控制器将这些数据传给电脑，电脑上的媒体播放器则播放这些信息。

　　除数据路径之外，调谐器和解调制器还可通过I2C接口连接到USB控制器。从以上图2的电视收发器方框图中可以看出I2C总线连接。该I2C总线通过USB连接的PC主机驱动程序来初始化并配置调谐器和解调制器。如果USB控制器有专用的I2C引擎，那可以使用这个专用的引擎;否则我们可以用两条GPIO线来传输，实现I2C操作(SCL和SDA)。

　　增强数字电脑电视收发器的功能：

　　用户用这款电脑电视收发器观看X频道的节目时，可能Y频道上正在播放的其它节目用户也感兴趣。如果使用一般的电视收发器，用户就会错过同时播放的其它节目。但通过电脑电视收发器解调制两个频道，用户体验就能得到提升。