USB演進

　　通用串行總線(USB，Universal Serial BUS)技術問世以來，在USB設計論壇(USB-IF)及相關廠商的大力推動下，已經成為名副其實應用最廣泛的外部數據傳輸總線標準，并且逐漸擴展到PC以外的諸多應用。全球有超過100億臺的計算機外設和消費電子產品支持USB連接端口作為其主要或唯一的傳輸接口，USB可說是有史以來最成功的連接技術。更令人驚嘆的是，據估計，USB生態系統仍以每年30億臺的速度持續擴展，幾乎已將“即插即用”的簡易性帶到每一臺電子設備中，為消費者提供開箱即用的絕佳使用體驗。大眾所熟悉的USB接頭和線纜已被視為兼容性的象征，能為各種層面的用戶體驗創造一個無縫的、無所不在的連接世界。

　　隨著用戶對數據傳輸速率需求不斷提升，USB2.0已經無法滿足多媒體應用對傳輸的需要，USB-IF在2008年11月推出全新超高速USB(SuperSpeed USB)標準，即USB3.0，旨在滿足富媒體和大型數字文件傳輸帶寬的要求。USB 3.0 規定的 5Gb/s 數據率和 200Mb/s 的數據吞吐率是 USB 2.0 的10倍。USB系統的演進如圖1所示，USB3.0可以兼容原有各種USB傳輸標準，以及支持未來的光纖傳輸，如圖2 所示。

　　USB 3.0 的推出解決了 USB 2.0 一些性能瓶頸問題。高速 USB 2.0 提供 480Mb/s 的數據率，但實際數據吞吐率往往受 I/O 性能限制而超不過 35MB/s。當下載較大文件時，較高的吞吐率能節省可觀的傳輸時間。USB 3.0 可提供高達 5Gb/s 的數據傳輸率和 200MB/s 以上的數據吞吐率，實際中的表現區別詳見表1。

　　全新特性

　　USB 2.0接口共有4條線路，其中兩條對應數據輸入輸出，另外兩條分別是供電和地線。USB 3.0在此基礎上增加了5個觸點，其中有四條線，兩條為數據輸出，兩條數據輸入，并且這四條線路可以實現雙向同時傳輸，即采用了對偶單純形四線制差分信號線。這樣整個配線系統總共就有 8 條線，4 條遵從 USB 2.0 規范和用于確保向后兼容性，新增的4 條線配置為專門用于 USB 3.0 通信的兩對線(如圖3)。它們采用全單工工作模式，一對線發送，另一對線接收。解決了USB 2.0的輸入輸出線路無法實現同時工作(即輸入信號時無法輸出的問題)之后，USB3.0的雙向傳輸模式大大提高了傳輸速度。

　　SMSC計算與連接事業部門營銷總監Mark Fu特別介紹道，USB 3.0在物理層、鏈接層以及協議層提供其它的優點，這使它成為顯示應用的理想選擇。

　　在物理層，SuperSpeed USB的每比特位功率較USB 2.0為低，因此，其速度雖然增加了10倍，功耗增加卻很少。Super Speed信號為基于專用TX和RX差分信號對的雙單工(dual simplex)信號，因此總線不需要處理雙向流量。由于顯示器僅單純地接收信號，因此從USB 3.0主機端流向SuperSpeed USB顯示器的大量顯示數據不會影響反方向數據傳輸的性能。

　　在鏈接層，USB 3.0使用先進編碼技術以達到10-20的誤碼率，因此可做為穩健且可靠的視頻傳輸總線。擴展到四個鏈接功耗狀態的電源管理提供了實現高效單位數據功耗的良好基礎。事實上，每個設備都能驅動自己的鏈接狀態，以達到所需的功率特性。當某特定設備沒有待傳輸的數據時，此設備可將其鏈接設定在低功耗狀態，不會對其他設備造成影響。除了鏈接層，USB 3.0還進一步采用了一個全局性的電源管理方案。它在物理層、鏈接層、協議層、主機端、集線器和設備端等所有層級中，都采取了省電技術，以提高整個系統的電源效率。在功耗盡可能降低的同時，每一個端口上USB 3.0線纜能獲得高達4.5瓦 (900 mA @ 5V)的功率，接近USB 2.0的 2.5瓦的兩倍。這有可能催生出總線供電的嶄新應用，也許利用單根USB線纜即可為臺式顯示器供電。更令人興奮的是，液晶面板技術的最新進展亦同時集中在如何大幅降低功率上面。高功效的LED背光、亮度增強膜以及 場序制彩色(field sequential color )LCD技術等，都試圖把顯示器的功耗降低到可控水平，最終有望實現以單根USB纜線為顯示器供電的目標。這些技術的發展，將使USB顯示器成為與USB鼠標或閃存一樣普遍的應用。

　　與此同時，德州儀器亞洲區市場開發高性能模擬產品市場經理林士元強調，為了適應節能及待機功耗的新要求，USB3.0還引入了新的電源管理機制，支持待機、休眠和暫停等狀態。通過引入了能效更高的供電協議標準，放棄了設備輪詢模式，轉而采用中斷模式。通俗地說，在USB 2.0模式下，即使連接的USB處于非活動或待機狀態下，USB總線控制器仍然需要定期檢查該設備是否需要傳輸數據。而在USB 3.0模式下，設備待機時可完全切斷USB連接，需要恢復時會自行向控制器發送一個中斷信號，告知控制器開始數據傳輸，這就使得待機設備無需耗電。