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單片機(jī)開發(fā)通過USB-C重定時(shí)USB4
USB-C連接器是統(tǒng)治所有連接器的一種連接器。它的定義具有出色的靈活性，并已在不同的互連中廣泛采用。在嘗試重新計(jì)時(shí)運(yùn)行在其上的信號(hào)（尤其是活動(dòng)電纜）時(shí)，這種靈活性和使用多樣性也是許多困難的根源。對(duì)于重定時(shí)器而言，這些困難的一個(gè)關(guān)鍵根源是USB-C支持的所有選項(xiàng)和模式之間的許多交互。
USB-C通過一系列替代或“ Alt”模式支持USB，Thunderbolt，DisplayPort，HDMI和MHL以及其他新興協(xié)議。每個(gè)都有其自己的協(xié)議和物理層，必須由重定時(shí)器分別處理。它們是由不同的小組在不同的時(shí)間出于不同的目的定義的。協(xié)議層彼此不同。物理層也以不同的速率，不同的后向兼容模式和約束條件以不同的方式定義。它們可以裝配在一起并在一個(gè)連接器定義上運(yùn)行，這是一項(xiàng)巧妙的工程壯舉。
圖2：USB-C有源電纜必須處理任一方向的配置流程。
第二個(gè)對(duì)齊尺寸是電纜的每一端都可以插入，插頭的任一側(cè)都在頂部。為了使用戶不必迷惑插頭的方向，USB-C已被定義為允許將插頭兩端的任一方向插入。這再次是對(duì)USB-A連接器的一項(xiàng)重大改進(jìn)，它是通過在每個(gè)方向上定義兩對(duì)中的每對(duì)，分別在連接器的相對(duì)角上插腳來實(shí)現(xiàn)的。所有其他連接（包括電源，接地和邊帶信號(hào)）也以對(duì)稱方式定義。在某些應(yīng)用場(chǎng)景中，反轉(zhuǎn)的控制很重要，因此，必須具備功能齊全的USB-C重定時(shí)器，才能在內(nèi)部翻轉(zhuǎn)導(dǎo)線之間的連接。
圖3：USB-C的電線連接能力可以根據(jù)插入方式進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。
USB-C重定時(shí)器也必須與電源（PD）控制器進(jìn)行交互。USB-C允許生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間就通過鏈路傳輸?shù)墓β蔬M(jìn)行協(xié)商。因此，USB-C重定時(shí)器需要支持與PD控制器的兩線接口（TWI）。
USB-C重定時(shí)器必須支持多種時(shí)鐘模式。模式為位級(jí)重定時(shí)（BLR）和具有獨(dú)立SSC（SRIS）的獨(dú)立參考時(shí)鐘。
USB-C還允許某些多功能模式。一個(gè)例子就是其中一個(gè)高速通道為USB 3.2，另一個(gè)通道為DisplayPort。重定時(shí)器無法預(yù)先確定所需的配置。而是在與外圍設(shè)備協(xié)商后由主機(jī)根據(jù)需要聲明它。
由于20 Gbps的SerDes速率，USB4是需要重新定時(shí)器而不需要重新驅(qū)動(dòng)器來完成工作的一代。模擬轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器的三個(gè)主要缺點(diǎn)是：
轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器會(huì)放大信號(hào)及其內(nèi)部接收器的噪聲。
轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)程序僅部分清除符號(hào)間干擾（ISI）。
轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器不會(huì)恢復(fù)眼圖寬度，并會(huì)傳播抖動(dòng)。
結(jié)果，無法利用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器之前和之后的鏈接的完整范圍。在每個(gè)地方都必須使用較短的走線長度，以最大程度地減少增加的噪聲，殘留ISI，抖動(dòng)和狹窄眼寬的影響。由于這些問題，在所有設(shè)想的使用場(chǎng)景中，系統(tǒng)開發(fā)人員將承受沉重的負(fù)擔(dān)，以了解和表征轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)程序?qū)ψ罱K系統(tǒng)的復(fù)雜影響。當(dāng)在數(shù)據(jù)路徑中使用多個(gè)重定時(shí)器時(shí)，這些問題成倍增加。
圖4：重定時(shí)器完全恢復(fù)信號(hào)。轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)程序則沒有。
USB4也是新一代的產(chǎn)品，除了最小的外形尺寸外，在所有端口上都需要一個(gè)靠近所有端口的重定時(shí)器。這是因?yàn)橐?span>USB4端口達(dá)到其最大范圍，就無法用盡整個(gè)微處理器和USB-C連接器之間的印刷電路板（PCB）損耗預(yù)算。在最早期的幾代人中，PCB上的損耗可以吸收到損耗預(yù)算中。在USB4的大多數(shù)主機(jī)方案中，都需要重定時(shí)器，特別是在系統(tǒng)不想使用最昂貴類型的PCB材料的情況下。當(dāng)然，如果可以將連接器緊鄰微處理器放置，則無需重新定時(shí)器。
圖5：USB4是需要在連接器附近重新計(jì)時(shí)的一代。
在某些應(yīng)用中，微處理器僅具有不支持USB4和其他協(xié)議的全部要求的通用SerDes。在某些情況下，緊鄰主機(jī)的位置需要第二個(gè)定時(shí)器。
此外，USB4也是有源電纜走在前列的一代。到目前為止，USB大部分都可以使用無源電纜。盡管在最短的時(shí)間內(nèi)仍然可以使用無源電纜作為USB4的選件，但在許多情況下仍將需要有源電纜。由于重定時(shí)器所需的功耗增加，這一事實(shí)將干擾USB4在某些應(yīng)用中的用途。
幾種協(xié)議已為主機(jī)定義了方法，使主機(jī)可以進(jìn)入一系列重定時(shí)器中的每個(gè)定時(shí)器，并為每個(gè)重定時(shí)器調(diào)整均衡器參數(shù)。這些協(xié)議中有多種模式定義對(duì)稱和非對(duì)稱方法。USB-C重定時(shí)器必須參與所有這些協(xié)議。
圖6：重定時(shí)器序列將在USB4中變得很普遍。
由于USB4周圍具有挑戰(zhàn)性的信號(hào)完整性環(huán)境，因此重定時(shí)器可以支持眼圖功能，例如眼高和眼寬測(cè)量。還需要具有生成和檢查PRBS模式的能力的誤碼測(cè)量。
好像USB4本身很難重新定時(shí)一樣，必須支持這些附加功能。所有這些因素的結(jié)合使USB4上的USB4多協(xié)議重定時(shí)器成為有史以來最復(fù)雜的定時(shí)器。一些可用的重定時(shí)器解決方案支持USB4，DisplayPort和Thunderbolt協(xié)議，允許方向反轉(zhuǎn)，支持連接器翻轉(zhuǎn)和外部PD控制器，并提供廣泛的測(cè)試和測(cè)量功能。
重定時(shí)器對(duì)于互連設(shè)計(jì)從未如此重要，對(duì)于USB4和為USB-C定義的其他高速協(xié)議的成功運(yùn)行至關(guān)重要。