1

USB連接自從首次推出到現(xiàn)在已經(jīng)有23年，這種技術(shù)在全球電子行業(yè)中的擴(kuò)展速度前所未有。USB現(xiàn)在已經(jīng)擁有超過(guò)30億端口的年出貨量，是迄今為止最常用的接口技術(shù)，筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)和其他各種設(shè)備都依賴于這種技術(shù)來(lái)進(jìn)行功率和數(shù)據(jù)傳輸。今天USB已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其最初提供的功能，所支持的數(shù)據(jù)速率和功率水平都提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。而且，由于這種不斷發(fā)展的推動(dòng)，USB技術(shù)已經(jīng)比任何其他連接解決方案都更加普及。

通過(guò)Type-C連接器，現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)具備更小巧外形的USB接口，這對(duì)OEM來(lái)說(shuō)非常有利，使他們能夠?yàn)槠洚a(chǎn)品開(kāi)發(fā)更時(shí)尚、更美觀的設(shè)計(jì)。這也意味著，USB連接器相對(duì)于端口的方向在配對(duì)插接時(shí)終于不再那么重要，而過(guò)去這些對(duì)于用戶則是一個(gè)很大的挫折感。除此之外，現(xiàn)在也可以通過(guò)USB技術(shù)達(dá)到更高速率數(shù)據(jù)傳輸。USB3.1標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)10Gbps的速度，從而使USB標(biāo)準(zhǔn)能夠達(dá)到與以太網(wǎng)、DisplayPort、HDMI等媲美的帶寬，并且在很多應(yīng)用場(chǎng)景中能夠取代其他連接技術(shù)。 有許多尖端的半導(dǎo)體芯片可以幫助工程師在其設(shè)計(jì)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)USB技術(shù)。Microchip的USB7002（圖1）是一款符合USB3.1標(biāo)準(zhǔn)的四端口控制器IC，可以處理兩個(gè)帶有USBType-C連接器的USB 3.1 Gen 1下游端口，以及兩個(gè)帶有傳統(tǒng)Type-A連接器的USB2.0 SuperSpeed端口。它采用12mmx12mmx0.9mm VQFN-100封裝，可將電路板空間占用降至最低，目標(biāo)應(yīng)用包括家庭媒體中心（mediahubs）和車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)。

圖1：Microchip的USB7002 USB技術(shù)現(xiàn)在可以提供更高數(shù)據(jù)速率，這當(dāng)然也會(huì)增加信號(hào)完整性問(wèn)題。當(dāng)用USB技術(shù)傳輸高清視頻內(nèi)容時(shí)，尤其是進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，信號(hào)完整性問(wèn)題必須考慮，需要減輕所有抖動(dòng)、串?dāng)_和信道損耗等影響。德州儀器（Texas Instruments）的的HD3SS3212x（圖2）雙通道、雙向差分多路復(fù)用器/多路解復(fù)用器開(kāi)關(guān)針對(duì)USB Type-C系統(tǒng)設(shè)計(jì)，支持USB 3.1 Gen 1和Gen 2數(shù)據(jù)速率。它具有-32dB（典型值）的串?dāng)_數(shù)值和-12dB的回波損耗，強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)特性意味著該IC能夠進(jìn)行高速開(kāi)關(guān)而不會(huì)產(chǎn)生較大抖動(dòng)。

圖2：德州儀器的HD3SS3212x 對(duì)于USB技術(shù)，不僅僅是數(shù)據(jù)速率和信噪比重要，通過(guò)相同的接口傳輸功率和數(shù)據(jù)一直是USB的魅力所在，并且對(duì)于該標(biāo)準(zhǔn)的未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要。近年來(lái)，通過(guò)USB傳輸功率的能力已大大增強(qiáng)，USB功率傳輸規(guī)范（USB Power Delivery Specification）3.0版本的出現(xiàn)將功率水平提高到驚人的100W（最初的USB規(guī)范只能承載2.5W）。此外，作為該標(biāo)準(zhǔn)的一部分，充電方向不再固定，在適當(dāng)?shù)那闆r下，被充電設(shè)備（PD）也能夠充當(dāng)電源。 去年年底Diodes公司還推出了AP22815和AP22615（圖3），在電壓升高時(shí)，這些3A單通道高端USB電源開(kāi)關(guān)IC將能夠保護(hù)便攜式電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備免受熱交換帶來(lái)的潛在威脅。與FTDI IC一樣，它們完全符合最新的USB功率傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并可提供過(guò)壓、過(guò)流、短路和過(guò)溫保護(hù)等機(jī)制，以及欠壓鎖定和受控上升時(shí)間、外部存儲(chǔ)電容的放電等功能。AP22815采用TSOT25封裝，具有固定限流功能，而AP22615采用TSOT26封裝，具有可調(diào)電流限制。由于采用了該公司專有的銅柱（copper-pillar）封裝技術(shù)，這些IC具有超低的導(dǎo)通電阻值（通常為40mΩ），能夠在150μs內(nèi)檢測(cè)并響應(yīng)電源軌的存在（或不存在）。

圖3：Diodes公司的AP22815和AP22615 最新的USB技術(shù)能夠提供更高性能和更多的便利性，因而受到消費(fèi)者和原始設(shè)備制造商的歡迎。但這種技術(shù)未來(lái)仍然存在一些重大障礙，其中包括與數(shù)據(jù)安全性和確保高功率充電模式的可靠性等相關(guān)問(wèn)題，還需要考慮OEM兼容性問(wèn)題。例如，當(dāng)連接到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)備時(shí)，不同的消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商一般不允許通過(guò)其適配器進(jìn)行快速充電。這違背了USB努力在行業(yè)中提倡的整體精神，并有望在不久的將來(lái)能夠解決這些問(wèn)題。展望未來(lái)，USB3.2將開(kāi)辟更多信道以進(jìn)一步擴(kuò)展可用帶寬，從而可支持20Gbps的數(shù)據(jù)速率。但同樣需要面對(duì)一些技術(shù)挑戰(zhàn)，包括維護(hù)信號(hào)完整性，免受電壓浪涌、ESD沖擊和電磁干擾（EMI）等問(wèn)題。