USB 3.0介面滲透率持續攀升 系統設計與驗證工作日趨複雜

透過DPOJET眼圖分析，可以確認介面傳輸信號狀態，確保介面設計可以穩定運行，是產品設計階段、驗證的重要測試項目。Tektronix

延續USB 2.0高滲透率優勢，目前PC與周邊商品裝載USB 3.0介面晶片的使用狀況，已有逐步攀升趨勢，加上支援多埠的Host主控晶片技術成熟度高，在電腦端、筆電的介面應用加速周邊產品相繼推出，由於高速介面本身驗證即具備較高難度，如何面對大量產品設計需求、同時兼具高速介面的傳輸水準，成為相關業者的新挑戰...

在處理器廠商Intel、AMD相繼宣布支援USB 3.0晶片後，也帶動電腦、晶片半導體業者大規模部署USB 3.0產品，尤其是USB 3.0介面已擺脫USB 2.0介面的效能瓶頸，利用PCIe技術底層重新取得外部高速介面的規格優勢，加上多埠支援的Host晶片技術成熟度漸增，將由PC與筆電的大量裝載，吸引更多周邊業者投入支援USB 3.0高速介面。

業內評估，2012年第二季PC與筆電裝載多埠USB 3.0高速介面的比例將大幅增加，一方面是USB 3.0多埠Host晶片解決方案成本持續壓低，另一方面是USB 3.0的周邊產品也不再僅限外接硬碟、隨身碟等產品，預計將會有行動電話、平板電腦、數位相機...等周邊推出，屆時不只是善用USB 3.0的高速傳輸效能，而是裝置周邊也能因USB 3.0的介面電氣規格提升，而獲得充電效能提升效益。

USB 3.0 Host Controller 多埠化已成趨勢

在處理器大廠Intel、AMD緊鑼密鼓進行設計整合外，Renesas Electronics、Fresco Logic、Texas Instruments等Host Controller晶片業者積極佈局Host晶片產品，尤其在USB 3.0傳輸速度效能全速可達USB 2.0十倍左右、整體耗電僅需USB 2.0的三分之一的優勢下，讓相關產品更具市場競爭力。

目前已有Texas Instruments、Fresco Logic、Renesas Electronics推出相關產品，尤其是4 Prot Host Controller將成兵家必爭之地、8 Prot產品也積極搶占高階市場，而原有早期的2 Port產品，將因性價比趨於弱勢而逐漸式微，主控晶片的市場競爭將更趨白熱化。

多埠設計使產品設計難度激增

但在USB 3.0高速介面的多埠化趨勢下，將使得主控晶片的驗證複雜度更高，因為多埠設計的Host Controller在電源管理、介面頻寬動態配置、資料傳輸控制等項目複雜度極高，因為USB 3.0各項傳輸優勢大幅考驗電子電路的物理極限，亦考驗晶片設計的實力。

基本上USB 3.0介面的電氣規格大幅升級，單埠的供應電流也因為介面規範而大幅提升，雖可改善原有2.0介面的輸出能力限制，卻造成Host Controller的功耗管理必須更小心處理設計，應避免為達到介面設計驗證、而徒增功耗浪費。

例如，Fresco即針對主控晶片的功耗問題，以GoXtream xHCI技術專利因應，以GoXtream xHCI技術方案來說，可利用Host Controller的動態頻寬分配，讓每埠輸出可同時具備USB 3.0的全速運行要求，同時可滿足低功耗、最小化成本的系統設計要求，而其他的主控晶片廠商，亦有各自對應的電源管理機制，在進行產品設計時大可善用晶片商提供的公版設計來發展產品整合設計需求，而在產品測試段，也能比較容易地簡化後續驗證工作。

USB 3.0雖帶來高速優勢 開發段也須更新驗證設備

眾多製造商選擇發展USB 3.0的原因，不外乎USB 3.0高速與電源管理大幅升級帶來的效益，但實際上目前USB 3.0解決方案部分仍採離散設計，除了成本較高問題外，也可能因為較多元件產生元件的載板占位面積過大、產品微縮不易，與組裝成本、料件成本居高不下，甚至造成產品後期驗證、測試的成本增加。

尤其是USB 3.0介面電源部分、ESD(ElectroStatic Discharge)保護等，規格發展初期較難找到完整的整合解決方案，而目前USB 3.0介面相關技術與資源已逐步到位，高度整合ESD保護功能、Spread-spectrum Clocking高度整合展頻時脈功能，可讓開發介面的料件清單成本至少壓低5~8%，慎選高度整合的晶片方案，亦可將較複雜的驗證工作減少不少。

USB 3.0實體層測試難度高

而在高速效能的對應方面，USB 3.0高達5Gbit/sec的高速傳輸效能，著實也成為產品測試與後端驗證新挑戰，因為現有的USB 3.0在PCIe 3.0規格逐步底定後，亦使USB 3.0實體層(Physical layer)測試難度提升數倍！

尤其是USB 3.0大幅翻新舊有2.0版的設計限制，加上傳輸速率有十倍提升，若開發商想在不更新量測設備進行USB 3.0產品開發，幾乎不可能，相關的設備投資與升級，也必須在投入USB 3.0產品開發前就需先行部署所需的驗證測試設備。

目前針對SuperSpeed USB 3.0介面已有大量相容性、功能性的測試解決方案，主流的測試儀器廠商相繼推出以高速測試需求設計、建置的即時取樣示波器、任意波形產生器...等量測設備，由於相關測試案例、流程需針對USB 3.0的測試需求進行設備開發，因此更能符合高速串列技術協議所需的量測效能。

而USB 3.0的測試儀表，較USB 2.0測試需求會更須重視高頻寬、低雜訊環境、準確擷取/分析串列介面的訊號時脈率，同時亦需針對多項數據/資料同時進行相容性眼圖分析，USB 3.0測試儀表的佈署重點設備應包含任意波形產生器、DPOJET眼圖分析工具、抖動產生工具、USB 3.0自動化相容性測試軟體，利用新設備對USB 3.0介面的針對性功能強化特色，輕鬆因應USB 3.0的測試需求。

測試儀表需跟上新介面需求 開發段亦需善用測試輔助軟體

USB 3.0介面設計方案測試項目欲快速完成，仍須搭配更有效的專業軟體進行批量與高精度的量測檢驗，例如，透過DPOJET抖動與眼圖進階分析工具產品，同時搭配抖動產生工具與一動畫相容測試軟體，可以快速讓開發者了解產品雛形的設計問題，將更多心力擺在功能性調校需求，快速驗證新產品設計，甚至簡化相對繁瑣的產品除錯工作。

而在PCI-SIG(Special Interest Group)在確定PCIe 3.0介面架構後，同時也確認了I/O技術已包含128bit/130bit編碼解決方案，較原PCIe 2.0傳輸速率達2倍提升，即便PCIe 3.0仍維持PCIe回溯相容特性，但實際上產品驗證的難度卻是增加3至4倍，尤其面對8GT/sec的大量龐大的資料傳輸量，PCIe 3.0仍須維持與舊版PCIe架構的向下相容性。

另在電氣規格方面，以PCIe 3.0為基礎的USB 3.0介面，為沿用前代規格相容的電路載板材料(FR4)與連接器，但高速傳輸對信號要求甚高，新的設計必須因應傳輸通道中訊號損失增加需更小的邊際和更精密的抖動量測需求，高效能、高規格設計也令實體層的測試複雜度大增，實際產品除需大量借助新款專屬儀表、測試設備進行驗證，實體層的複雜度偏高，也必須利用實際元件進行大量插拔測試，以確保主機板、轉接卡與系統的整合表現與效能。