USB 3.0高速介面產品開發新挑戰

USB介面具備設計簡潔、易插拔優勢，原有2.0版已具備480Mbit/s的優異傳輸速度，但3.0版所提供的5Gbit/s高效能傳輸規格，雖目前只是理論極限值，但其提昇的效能與因應規格調整的介面電源供應能力，也為未來電子產品設計帶來新的挑戰...

當USB介面已達到幾乎100％搶佔各大小電子裝置的狀態，從1.0、1.1、2.0持續發展到目前的3.0版本，其改版重點除在速度表現顯著提升外，其實架構與應用也因應速度改變而產生質變，USB 3.0也在關鍵控制IC、介面規格、設計應用逐漸成熟後，展現其搶進主流介面的無限潛力。

本文：
USB（Universal Serial Bus）可以說是目前電子週邊產品最普遍的傳輸介面，專責規劃USB標準的USB Implementers Forum（USBIF），在2008年11月完成3.0版正式規格，確定新介面將有前一代規格在單向傳輸速率方面，至少有提升5倍的實力，而在Full Duplex全雙工傳輸模式下，傳輸效能更可飆升至10倍以上。

另外，以往USB單埠僅500mA的額定輸出電流供電設計，在3.0改版也將規格提升近1倍，單埠可以輸出達900mA，這對較耗電的外接裝置而言，更可在介面設計上解決電源設計困擾，簡化電腦週邊硬體的電源線路設計，降低其裝置開發成本。

USB 3.0規格設計 速度是一大關鍵

USB 3.0於2007年由Intel、HP、Microsoft、NEC、TI、NXP等大廠共同宣布將投入研發的訊息中，原先設定的傳輸目標為PHY Layer實體層傳輸效能為4Gbit/s，而在2008年由USB-IF釋出的最新公開標準規格中，其理論傳輸最高效能，已再提升至5Gbit/s。

在USB規格改版方面，「速度」一直是各方關注的焦點，尤其3.0規格介面，對於效能的要求，也成為產品實做方面的新門檻。雖然規格大幅提升，設計方面可能產生的問題也會因此層出不窮，例如EMI干擾、高頻干擾等，對於硬體環境與穩定度要求，也會較前代USB 2.0品設計將面臨更多設計挑戰。

高傳輸量同時也代表高耗能，USB 3.0在規格規劃上，也有導入電源管理設計，管理其線路閒置時期的功耗限制，例如於高傳輸量時才提供較高效能因應系統傳輸需求，而低量傳輸應用則採低功耗模式運作，以達到省電目的。

Hot plug、Plug&Play 仍為USB介面應用最大優勢

觀察USB介面之所以能夠快速在眾多競爭介面應用中竄出，其最大的核心關鍵因素在於USB介面提供舊式介面所沒有的使用體驗與便利性，例如，Hot plug、Plug&Play就是相當重要的功能設計。

Hot plug與Plug&Play需要與作業系統緊密結合，在介面規格制定之初，就要與主流系統開發商進行技術整合，例如，開發相關系統核心支援與公版驅動程式開發，讓相關應用廠商降低導入新介面的技術門檻，同時縮短其開發時程。

而USB 3.0同樣延續2.0優勢，也支援Hot plug與Plug&Play應用方式，甚至在原有的USB介面可供電輸出的能力進行強化。電源供應一直是早期USB介面飽受批評之處，因為其介面供應的電源規範僅500mA，初期介面規範是針對驅動小型週邊而設計，例如，網路攝影機、數位相機...等裝置，舊介面對行動裝置的充電或是外接硬碟、光碟機應用，其電力供應來源已顯得十分吃緊。

USB 3.0能提供比舊介面多上50？80%的電力供應模式，基於USB 2.0基礎，3.0可透過Powered-B接頭，利用額外的電源線路解決較大電源需求的外接設備電力供應需求，此設計可提供高達1000mA的額外電力支援，也可透過此設計讓較不環保的電子週邊變壓器得以消失。

線材與接頭成本將大幅提昇

在高速傳輸前提下，不只控制IC成本將因此增加，介面設計的複雜度，也讓連接器的成本提升不少，例如，原有USB 2.0的連接器僅地線、電源與兩對訊號線，場景換到USB 3.0，連接器除了既有的電源地線，其為了提升傳輸效能也讓資料傳輸線路除原有的兩對線路再額外增加4條線路，等於是單一連接器就有8個主要接點，而傳輸線的基本線材要求，也至少有8條線路這麼多。

以線材的設計規範中，主要由UTP信號對、SDP信號對（2組）與供電線、地線所組成，線材內針對每組信號對還需處理抗干擾的屏蔽層，線材本身的複雜度相較舊版本，在成本與複雜度要增加2-3倍。

在USB 3.0規格內容中，其實沒有什麼高深的新技術導入，也是因為原有的資料傳輸線因應提升效能而增加設置，並提供高速的全雙工傳輸模式規劃，以前USB 2.0介面因採半雙工設計，介面常處於等待連接端回應的狀態，影響其傳輸效能，而USB 3.0可在連接端未回應前持續進行資料傳輸，採全雙工更可達到接近理論傳輸極限的效能表現，但全雙工在硬體、軟體、韌體各方面協調設計更為複雜，相對USB 2.0設計方案，必須以更嚴謹的方式進行相關開發設計。

USB 3.0同樣延續2.0優勢，也支援Hot plug與Plug&Play應用方式，甚至在原有的USB介面可供電輸出的能力進行強化。電源供應一直是早期USB介面飽受批評之處，因為其介面供應的電源規範僅500mA，初期介面規範是針對驅動小型週邊而設計，例如，網路攝影機、數位相機...等裝置，舊介面對行動裝置的充電或是外接硬碟、光碟機應用，其電力供應來源已顯得十分吃緊。

USB 3.0能提供比舊介面多上50？80%的電力供應模式，基於USB 2.0基礎，3.0可透過Powered-B接頭，利用額外的電源線路解決較大電源需求的外接設備電力供應需求，此設計可提供高達1000mA的額外電力支援，也可透過此設計讓較不環保的電子週邊變壓器得以消失。