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2020年12月29日 | 嵌入式USB2 (eUSB2)標準詳細解讀

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什么是eUSB2?

 

嵌入式USB2(eUSB2)規(guī)格是對USB2.0規(guī)格的補充,前者通過支持USB2.0接口在1V或1.2V而不是3.3V的I/O電壓下工作,解決了接口控制器與高級片上系統(tǒng)(SoC)工藝節(jié)點集成的相關(guān)問題。eUSB2可讓SoC體積更小、更節(jié)能,從而使工藝節(jié)點繼續(xù)擴展,并提高在智能手機、平板電腦和筆記本電腦等應用中的性能。

 

eUSB2的重要性

 

隨著智能手機和平板電腦等應用的尺寸越來越小、但組裝元件越來越多,縮減接口尺寸也變得尤為重要。然而,不斷縮減的SoC節(jié)點尺寸導致柵極氧化層越來越薄,只能支持更低的電壓。對于使用USB2.0接口的器件,上述趨勢會給高級工藝節(jié)點的設(shè)計帶來復雜的挑戰(zhàn)。

 

當工藝節(jié)點達到7nm時,量子效應開始影響高信號電壓(如3.3V)的輸入與輸出(I/O),而且輸入與輸出將不再能夠輕松地得到設(shè)備支持。許多設(shè)備到設(shè)備的接口已經(jīng)支持低信號電壓,但USB2.0仍需要3.3V的I/O電壓才能工作。為解決這一難題,USB開發(fā)者論壇?在2018年發(fā)布了eUSB2規(guī)格。

 

USB2.0和eUSB2的區(qū)別

 

USB2.0有線接口在過去20年曾風靡一時,幾乎現(xiàn)在所有的SoC都配備了USB2.0接口。USB歷代標準都完好地保留了原始3.3VI/OUSB1.0接口,以保持向后兼容性,從而實現(xiàn)了更廣泛的應用和更大的生態(tài)系統(tǒng),同時確保設(shè)備互操作性。

 

隨著工藝節(jié)點到達5nm,維持USB2.03.3VI/O信號所需的制造成本呈指數(shù)級增長。eUSB2作為對USB2.0規(guī)格的物理層補充,彌補了I/O電壓間隙,因此,設(shè)計人員可在器件級別集成eUSB2接口,同時在系統(tǒng)級利用和重復使用USB2.0接口。

 

eUSB2支持板載器件間連接(通過直接連接),也支持通過eUSB2轉(zhuǎn)USB2.0中繼器(如TUSB2E22?USB2.0-eUSB2雙路中繼器)的外露連接器接口,從而進行電平轉(zhuǎn)換,如圖1所述。 

                                              image.png

 

圖1:使用eUSB2中繼器(如TUSB2E22)的eUSB2應用

 

當工藝節(jié)點為7nm及以上時,USB2.0可繼續(xù)集成到SoC中,而當工藝節(jié)點為5nm及以下時,eUSB2則更適合集成到SoC中。如圖1所示,eUSB2還可集成到其他器件中,從而作為器件間接口與SoC輕松互連。USB2.0將繼續(xù)作為標準連接器接口。

 

eUSB2可顯著降低I/O功率,提高電源效率,同時支持工藝節(jié)點繼續(xù)擴展。表1展示了USB2.0和eUSB2之間的特性差異。 

image.png

eUSB2前景

 

由于系統(tǒng)功率大幅降低,eUSB2非常適合用于I/O電壓較小的器件間通信。當使用先進的SoC和5nm及以下的工藝節(jié)點時,小型電子產(chǎn)品的設(shè)計人員可在系統(tǒng)設(shè)計中采用eUSB2,同時繼續(xù)受益于USB2.0接口的簡易性、便于設(shè)計和廣泛使用的特點。

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