GAYATHRIVASUDEVAN

USB3.0端口可通過分離超高速端口和標(biāo)準(zhǔn)USB2.0端口來實現(xiàn)鏈路共享功能。目前，鏈路共享是賽普拉斯HX3USB3.0集線器控制器的獨有功能。本文將介紹如何在擴展塢、筆記本電腦、電視機、機頂盒等嵌入式應(yīng)用程序中實現(xiàn)USB3.0鏈路共享。

HX3控制器是賽普拉斯USB3.0集線器控制器家族的產(chǎn)品，符合USB3.0規(guī)范版本1.0標(biāo)準(zhǔn)。該款控制器的所有端口均支持超高速(SS）、高速(HS)、全速(FS)以及低速(LS)操作。它集成了終端電阻、上拉電阻和下拉電阻，并支持pin-straps引腳設(shè)置選項，以減少系統(tǒng)的整體物料成本。HX3控制器配有賽普拉斯獨有的共享鏈路功能，能夠從四端口USB3.0集線器提供8個下行(DS)端口。

共享鏈路功能可以將集線器的USB3.0DS端口分為嵌入式超高速端口和標(biāo)準(zhǔn)USB2.0端口。共享鏈路能夠支持多達(dá)8個來自四端口USB3.0集線器的DS端口。而標(biāo)準(zhǔn)USB3.0端口配有8條信號線：2條用于USB2.0通信(D+，D-)，4條用于超高速通信(SSTX+，SSTX-，SSRX+，SSRX-)，2條用于VBUS和GND的電源線。如圖1所示。

圖1標(biāo)準(zhǔn)USB3.0端口(來源:賽普拉斯)

VBUS使能信號(DSx_PWREN)能夠控制傳輸VBUS信號到已連接的USB3.0設(shè)備。DSx_PWREN信號與過流信號(DSx_OVRCURR)一同實現(xiàn)可插拔USB3.0端口的過流保護電路。當(dāng)端口出現(xiàn)過流，連接到端口電源開關(guān)輸出使能引腳的DSx_PWREN信號能夠關(guān)閉端口電源。

而向后兼容性需要用到USB2.0信號線。當(dāng)超高速設(shè)備（USB3.0設(shè)備）插入USB3.0端口時，只有超高速線路能夠進(jìn)行通信，此時該特定端口的USB2.0線路為空閑線路。同樣地，當(dāng)高速設(shè)備（USB2.0設(shè)備）插入USB3.0端口時，超高速線路空閑。因此，在USB3.0端口中，根據(jù)已連接的設(shè)備（超高速設(shè)備或USB2.0設(shè)備），任何指定時間的點，超高速線路或USB2.0線路只有其中一種線路在運行。

共享鏈路功能使USB3.0DS端口可分離為2個獨立端口，一個嵌入式超高速端口和一個標(biāo)準(zhǔn)USB2.0端口，從而有效地利用多余的線路。例如，如果嵌入式超高速設(shè)備（如USB3.0攝像機）連接到其中一個DS端口上，HX3控制器能夠讓系統(tǒng)設(shè)計師使用該特定端口的USB2.0信號來連接到標(biāo)準(zhǔn)USB2.0端口。圖2顯示了如何在系統(tǒng)中運行鏈路共享端口。

在共享鏈路DS端口中，由于已經(jīng)嵌入了超高速端口，超高速設(shè)備可以通過電路板布線與超高速端口永久鏈接，因此不能向下兼容USB2.0。已啟用共享鏈路功能的系統(tǒng)不應(yīng)連接到USB2.0主機或USB2.0集線器，因為共享鏈路超高速DS端口不支持USB2.0功能（例如USB2.0主機或集線器），連接到共享鏈路的超高速嵌入式設(shè)備將無法正常工作。

圖2示例:筆記本電腦主板的共享鏈路端口（來源：賽普拉斯)

在通用型USB3.0端口中，超高速通信出現(xiàn)故障時，所連接的USB3.0設(shè)備將恢復(fù)為USB2.0速度。然而，在共享鏈路端口中，這是沒辦法做到的。因為USB2.0線路和超高速線路連接了兩個單獨的設(shè)備。為了克服這個限制，除了USB2.0端口的電源使能控制引腳(DSx_PWREN），共享鏈路還為嵌入式超高速端口（鏈路共享端口）實現(xiàn)單獨的VBUS使能控制引腳（DSx_VBUSEN_SS）。這有助于對嵌入式超高速端口的電源進(jìn)行獨立控制。HX3控制器偵測到超高速通信故障，將其已連接到嵌入式超高速設(shè)備的VBUS檢測引腳的DSx_VBUSEN_SS信號翻轉(zhuǎn)。該DS嵌入式超高速設(shè)備將重新枚舉，認(rèn)為此VBUS的翻轉(zhuǎn)為斷開連接事件或連接事件。這就是HX3控制器獨有的共享鏈路功能。圖3顯示了共享鏈路端口的實現(xiàn)過程。

圖3共享鏈路端口(來源:賽普拉斯)

傳統(tǒng)擴展塢

如今的便攜式設(shè)備采用緊實型設(shè)計，僅可以支持少數(shù)外設(shè)，通常不包括串行接口、HDMI、以太網(wǎng)等端口。為了讓設(shè)備能夠連接更多外設(shè)，擴展塢的設(shè)計集合了USB、串行、VGA、以太網(wǎng)等其他端口。圖4顯示了傳統(tǒng)筆記本電腦擴展塢的框圖。

如圖4所示，傳統(tǒng)的USB3.0擴展塢需要6-8個USB端口（包括嵌入式端口）。設(shè)計采用了配有2個四端口集線器控制器集成電路級聯(lián)。為了支持千兆以太網(wǎng)和HDMI等高帶寬外設(shè)，擴展塢除了要有外置USB3.0端口，還必須配有USB3.0集線器。添加USB3.0集線器只是用于連接鼠標(biāo)，鍵盤，串行端口等的較慢速的外設(shè)，成本效益會非常低。因此，傳統(tǒng)的擴展塢同時配備了USB3.0集線器和USB2.0集線器。然而，采用兩個集線器會增加印制電路板面積、功率需求、布線的復(fù)雜性以及無源組件數(shù)量，總體上明顯加大了物料成本。

圖4傳統(tǒng)擴展塢設(shè)計（來源：賽普拉斯)

共享鏈路擴展塢

在配置了共享鏈路功能的四端口HX3控制器上，我們最多可以使用8個端口、4個嵌入式超高速端口和4個標(biāo)準(zhǔn)USB2.0端口。圖5顯示了共享鏈路如何實現(xiàn)低成本的筆記本電腦擴展塢設(shè)計。與圖4的傳統(tǒng)擴展塢設(shè)計相比，賽普拉斯的共享鏈路功能為客戶提供了最優(yōu)的高成本效益解決方案。

圖5擴展塢配置共享鏈路USB3.0集線器（來源：賽普拉斯)

如圖5所示，下游端口DS3和DS4為標(biāo)準(zhǔn)USB3.0端口，而DS1和DS2為共享鏈路端口。共享鏈路端口DS1和DS2的超高速嵌入式端口專用于高速通信端口，例如HDMI和以太網(wǎng)端口。使用DS1共享鏈路端口的標(biāo)準(zhǔn)USB2.0端口，可以為擴展塢新增RS232端口。還可以使用DS2中的外置USB2.0標(biāo)準(zhǔn)端口連接可插拔設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、移動硬盤等。

其他嵌入式應(yīng)用

隨著USB3.0應(yīng)用在過去幾年里迅速增長，USB3.0主機端口已成為所有新款個人電腦和筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置。另外，人們對實時高清質(zhì)量視頻的需求日益增長，因此消費者電子設(shè)備也采用USB3.0標(biāo)準(zhǔn)。共享鏈路功能可應(yīng)用于大多數(shù)消費者設(shè)備中，包括CPU主板、擴展塢、顯示器、電視機頂盒、游戲設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備等。

USB3.0標(biāo)準(zhǔn)能夠支持5-Gbps超高速(SS)操作，比USB2.0標(biāo)準(zhǔn)快10倍。因此，USB3.0不僅適用于連接高清攝像機等高帶寬外設(shè)，而且還可以用作系統(tǒng)總線，從而支持嵌入式設(shè)備間的系統(tǒng)內(nèi)連接，如圖6所示。

嵌入式應(yīng)用中的共享鏈路可以把更多的設(shè)備連接到USB主機，從而降低物料成本、印制電路板復(fù)雜性和功耗。此外，由于DS端口布置在印制電路板的邊緣，因此很難在超高速和高速嵌入式應(yīng)用中部署較短的布線。HX3控制器配有靈活的、可編程的USB3.0和USB2.0PHY，相對于典型接口的6英寸，HX3能夠支持長達(dá)11英寸的布線。

便攜式計算設(shè)備

在筆記本電腦、平板電腦和智能手機等便攜式設(shè)備中，USB3.0通常用作內(nèi)部系統(tǒng)總線。如圖6所示，CPU集成電路通常支持單個USB3.0主機。在本應(yīng)用中，集線器的上游端口通過物理印制電路板布線永久連接到嵌入式USB3.0主機。集線器的DS端口可以連接到支持嵌入式USB3.0功能的集成電路，或作為通用USB3.0外置端口使用。

圖7顯示了超極本筆記本電腦設(shè)計如何實現(xiàn)共享鏈路以降低物料成本和設(shè)計復(fù)雜性。

圖7支持共享鏈路的超極本筆記本電腦（來源：賽普拉斯)

USB3.0擴展塢應(yīng)用

USB3.0擴展塢可分為通用型和專用型。通用型擴展塢和專用型擴展塢之間的主要區(qū)別是擴展塢的上行連接。通用擴展塢一般支持標(biāo)準(zhǔn)的USB3.0上行端口，而專用型擴展塢能夠支持某些筆記本電腦的定制端口。

由于共享鏈路超高速端口沒有USB2.0線路，因此當(dāng)擴展塢連接到USB2.0主機時，連接了該端口的嵌入式超高速設(shè)備將無法工作。為了避免無意地連接到USB2.0主機，不建議在通用擴展塢上使用共享鏈路。

原理圖

圖8顯示了如何將共享鏈路信號連接到DSUSB2.0設(shè)備和嵌入式超高速設(shè)備。

圖8共享鏈路端口的USB數(shù)據(jù)線連接（來源：賽普拉斯)

圖8顯示有8個USB通信引腳

·4個引腳（SSTX+，SSTX-，SSRX+和SSRX-）用于超高速通信和1個控制電源開關(guān)的VBUS引腳

·2個引腳（D+和D-）用于USB2.0通信和1個控制電源開關(guān)的VBUS引腳

HX3控制器的4個超高速信號連接到嵌入式超高速設(shè)備的超高速引腳，而連接到嵌入式超高速設(shè)備的USB2.0引腳保持?jǐn)嚅_。共享鏈路端口的USB2.0端口連接與標(biāo)準(zhǔn)的USB2.0端口相同。

Hx3控制器中的共享鏈路端口配有以下相關(guān)引腳：

0.USB2.0標(biāo)準(zhǔn)端口引腳

·用于USB2.0數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄+和D-線

·負(fù)責(zé)控制DSx_PWREN信號（如圖9所示）

1.DSX_OVRCURR用作Hx3控制器的過電流指示（圖8中未示出）

·嵌入式超高速引腳

·用于超高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟SRX+、SSRX-、SSTX+和SSTX-引腳。

·VBUS負(fù)責(zé)控制DSx_VBUSEN_SS信號（如圖9所示）

如圖8所示，USB2.0數(shù)據(jù)線（D+和D-）連接到可可插拔的USB2.0端口連接器引腳，而超高速線路與嵌入式設(shè)備的超高速線路相連接。根據(jù)USB規(guī)范，每個可移動的DS端口必須在VBUS引腳上具有120μF的最小電容，從而在最大負(fù)載條件下保持穩(wěn)定的電壓。這就是為什么需要150uF大容量電容器連接到VBUS_DS2線路，而嵌入式超高速端口的VBUS引腳不需要大容量電容。

USB連接器屏蔽（SHD1和SHD2）應(yīng)通過RC電路并聯(lián)接地，以降低電磁干擾，如圖8所。

圖9共享鏈路中的DS端口VBSU控制（來源：賽普拉斯)

共享鏈路模式需要對可插拔USB2.0設(shè)備和嵌入式超高速設(shè)備進(jìn)行單獨的VBUS控制。圖9顯示了如何實現(xiàn)VBUS控制。

為了確保嵌入式超高速設(shè)備不會倒回USB2.0速度操作，需要加設(shè)一個外部電源開關(guān)。該開關(guān)由HX3控制，能夠產(chǎn)生DSx_VBUSEN_SL輸出信號。該信號控制嵌入式設(shè)備的VBUS。

DSx_PWREN是HX3控制器生成的另一個輸出信號，能夠控制可插拔USB2.0設(shè)備的VBUS。例如，發(fā)生過流時，DSx_PWREN可以關(guān)閉端口電源。DSx_OVRCURR引腳（圖9中未示出）用于指示可移動端口的過流狀態(tài)。對于嵌入式超高速端口該引腳是不需要的，因為此引腳已永久連接在嵌入式超高速端口內(nèi)部。

CY4613是基于CYUSB3326元件的賽普拉斯共享鏈路開發(fā)套件。點擊此處下載共享鏈路集線器的完整原理圖。

注意：如有需要，開發(fā)人員可以禁用鏈路共享，默認(rèn)配置已開啟鏈路共享，需要更改EEPROM配置參數(shù)，使用Blasterplus配置實用程序?qū)σ炎餍薷牡呐渲眠M(jìn)行編程。賽普拉斯為設(shè)計師提供Blasterplus配置實用程序WindowsGUI工具，可通過個人電腦的USB接口將配置下載到EEPROM。請參考KBA91657說明書以下載HX3控制器固件。關(guān)于HX3控制器的更多功能，請參閱HX3BlasterPlus用戶指南。

共享鏈路可以減少元件數(shù)量并減小印制電路板面積，從而減低物料成本。例如，表1比較了共享鏈路擴展塢設(shè)計和使用了2個集線器控制器的傳統(tǒng)擴展塢的設(shè)計中使用的組件。與傳統(tǒng)擴展塢設(shè)計相比，基于共享鏈路的擴展塢設(shè)計可以節(jié)省28個組件。安裝組件所需的空間也相應(yīng)地減少了。

表1共享鏈路擴展塢和傳統(tǒng)擴展塢的比較（來源：賽普拉斯)

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