解读嵌入式USB2 (eUSB2)标准

由 winniewei 提交于周二, 29 十二月 2020 - 10:26

<p><strong>什么是eUSB2？</strong></p>

<p><span>嵌入式USB2 (eUSB2) 规格是对USB 2.0规格的补充，前者通过支持USB 2.0接口在1V或1.2V而不是3.3V的I/O电压下工作，解决了接口控制器与高级片上系统 (SoC)工艺节点集成的相关问题。eUSB2 可让SoC体积更小、更节能，从而使工艺节点继续扩展，并提高在智能手机、平板电脑和笔记本电脑等应用中的性能。</span></p>

<p><strong>eUSB2的重要性</strong></p>

<p><span>随着智能手机和平板电脑等应用的尺寸越来越小、但组装元件越来越多，缩减接口尺寸也变得尤为重要。然而，不断缩减的SoC节点尺寸导致栅极氧化层越来越薄，只能支持更低的电压。对于使用USB 2.0接口的器件，上述趋势会给高级工艺节点的设计带来复杂的挑战。</span></p>

<p><span>当工艺节点达到7nm时，量子效应开始影响高信号电压（如3.3V）的输入与输出 (I/O)，而且输入与输出将不再能够轻松地得到设备支持。许多设备到设备的接口已经支持低信号电压，但USB 2.0仍需要3.3V的I/O电压才能工作。为解决这一难题，</span><a><span>USB开发者论坛 </span></a><span>在2018年发布了eUSB2 规格。</span></p>

<p><strong>USB 2.0和eUSB2的区别</strong></p>

<p><span>USB 2.0有线接口在过去20年曾风靡一时，几乎现在所有的SoC都配备了USB 2.0接口。USB历代标准都完好地保留了原始3.3V I/O USB 1.0接口，以保持向后兼容性，从而实现了更广泛的应用和更大的生态系统，同时确保设备互操作性。</span></p>

<p><span>随着工艺节点到达5nm，维持USB 2.0 3.3V I/O信号所需的制造成本呈指数级增长。eUSB2作为对USB 2.0 规格的物理层补充，弥补了I/O电压间隙，因此，设计人员可在器件级别集成eUSB2接口，同时在系统级利用和重复使用USB 2.0接口。</span></p>

<p><span>eUSB2支持板载器件间连接（通过直接连接），也支持通过eUSB2转USB</span><span><span> </span></span><span>2.0中继器（如 </span><a><span>TUSB2E22 USB 2.0-eUSB2双路中继器</span></a><span>）的外露连接器接口，从而进行电平转换，如图1所述。</span></p>

<p><img alt="使用eUSB2中继器（如 TUSB2E22）的eUSB2应用" data-entity-type="file" data-entity-uuid="cbdac02d-f64b-4665-b252-ab46eb202f8c" src="http://new.eetrend.com/files/2020-12/wen_zhang_/100060220-117635-1.jpg&…; /></p>

<p><strong>图1：使用eUSB2中继器（如<span> </span></strong><a><strong>TUSB2E22</strong></a><strong>）的eUSB2应用</strong></p>

<p><span>当工艺节点为7nm及以上时，USB 2.0可继续集成到 SoC中，而当工艺节点为5nm及以下时，eUSB2则更适合集成到SoC中。如图1所示，eUSB2还可集成到其他器件中，从而作为器件间接口与SoC轻松互连。USB 2.0将继续作为标准连接器接口。</span></p>

<p><span>eUSB2可显著降低I/O功率，提高电源效率，同时支持工艺节点继续扩展。表1展示了USB 2.0和eUSB2之间的特性差异。</span></p>

<table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="font-family: "Microsoft YaHei"; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; border: 1pt outset windowtext; width: 285.75pt;" width="381">
<tbody>
<tr style="height: 29pt;">
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><strong style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">特性</strong><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><strong style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">USB 2.0</strong><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><strong style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">eUSB2</strong><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
</tr>
<tr style="height: 29pt;">
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><strong style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">信号接口</strong><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">D+、D-</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">eD+、eD-</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
</tr>
<tr style="height: 29pt;">
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><strong style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">I/O电压</strong><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">3.3V</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">1V或1.2V</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
</tr>
<tr style="height: 72.05pt;">
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><strong style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">支持的数据速率</strong><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">低速：1.5Mbps</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>

<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">全速：12Mbps</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>

<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">高速：480Mbps</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">低速：1.5Mbps</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>

<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">全速：12Mbps</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>

<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">高速：480Mbps</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
</tr>
<tr style="height: 72.05pt;">
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><strong style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">连接</strong><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">器件间</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>

<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">开箱即用</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
<td style="width: 288pt; background: transparent; border-width: 1pt; border-style: outset; border-color: windowtext;" valign="middle">
<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">器件间</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>

<p style="text-align: center; line-height: normal;"><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;">通过中继器可直接使用USB 2.0</span><span style="font-size: 11pt; font-family: DengXian;"><span><o:p></o:p></span></span></p>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>

<p><strong>表1：USB2.0和eUSB2的区别</strong></p>

<p><strong>eUSB2前景</strong></p>

<p><span>由于系统功率大幅降低，eUSB2非常适合用于I/O电压较小的器件间通信。当使用先进的SoC和5nm及以下的工艺节点时，小型电子产品的设计人员可在系统设计中采用eUSB2，同时继续受益于USB 2.0接口的简易性、便于设计和广泛使用的特点。</span></p>