解讀嵌入式USB2(eUSB2)標(biāo)準(zhǔn)

什么是eUSB2？

嵌入式USB2 (eUSB2) 規(guī)格是對(duì)USB 2.0規(guī)格的補(bǔ)充，前者通過支持USB 2.0接口在1V或1.2V而不是3.3V的I/O電壓下工作，解決了接口控制器與高級(jí)片上系統(tǒng) (SoC)工藝節(jié)點(diǎn)集成的相關(guān)問題。eUSB2 可讓SoC體積更小、更節(jié)能，從而使工藝節(jié)點(diǎn)繼續(xù)擴(kuò)展，并提高在智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等應(yīng)用中的性能。

eUSB2的重要性

隨著智能手機(jī)和平板電腦等應(yīng)用的尺寸越來越小、但組裝元件越來越多，縮減接口尺寸也變得尤為重要。然而，不斷縮減的SoC節(jié)點(diǎn)尺寸導(dǎo)致柵極氧化層越來越薄，只能支持更低的電壓。對(duì)于使用USB 2.0接口的器件，上述趨勢會(huì)給高級(jí)工藝節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)帶來復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)達(dá)到7nm時(shí)，量子效應(yīng)開始影響高信號(hào)電壓（如3.3V）的輸入與輸出 (I/O)，而且輸入與輸出將不再能夠輕松地得到設(shè)備支持。許多設(shè)備到設(shè)備的接口已經(jīng)支持低信號(hào)電壓，但USB 2.0仍需要3.3V的I/O電壓才能工作。為解決這一難題，USB開發(fā)者論壇?在2018年發(fā)布了eUSB2 規(guī)格。

USB 2.0和eUSB2的區(qū)別

USB 2.0有線接口在過去20年曾風(fēng)靡一時(shí)，幾乎現(xiàn)在所有的SoC都配備了USB 2.0接口。USB歷代標(biāo)準(zhǔn)都完好地保留了原始3.3V I/O USB 1.0接口，以保持向后兼容性，從而實(shí)現(xiàn)了更廣泛的應(yīng)用和更大的生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)確保設(shè)備互操作性。

隨著工藝節(jié)點(diǎn)到達(dá)5nm，維持USB 2.0 3.3V I/O信號(hào)所需的制造成本呈指數(shù)級(jí)增長。eUSB2作為對(duì)USB 2.0 規(guī)格的物理層補(bǔ)充，彌補(bǔ)了I/O電壓間隙，因此，設(shè)計(jì)人員可在器件級(jí)別集成eUSB2接口，同時(shí)在系統(tǒng)級(jí)利用和重復(fù)使用USB 2.0接口。

eUSB2支持板載器件間連接（通過直接連接），也支持通過eUSB2轉(zhuǎn)USB 2.0中繼器（如 TUSB2E22?USB 2.0-eUSB2雙路中繼器）的外露連接器接口，從而進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖1所述。

圖1：使用eUSB2中繼器（如 TUSB2E22）的eUSB2應(yīng)用

當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)為7nm及以上時(shí)，USB 2.0可繼續(xù)集成到 SoC中，而當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)為5nm及以下時(shí)，eUSB2則更適合集成到SoC中。如圖1所示，eUSB2還可集成到其他器件中，從而作為器件間接口與SoC輕松互連。USB 2.0將繼續(xù)作為標(biāo)準(zhǔn)連接器接口。

eUSB2可顯著降低I/O功率，提高電源效率，同時(shí)支持工藝節(jié)點(diǎn)繼續(xù)擴(kuò)展。表1展示了USB 2.0和eUSB2之間的特性差異。

表1：USB2.0和eUSB2的區(qū)別

eUSB2前景

由于系統(tǒng)功率大幅降低，eUSB2非常適合用于I/O電壓較小的器件間通信。當(dāng)使用先進(jìn)的SoC和5nm及以下的工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)，小型電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用eUSB2，同時(shí)繼續(xù)受益于USB 2.0接口的簡易性、便于設(shè)計(jì)和廣泛使用的特點(diǎn)。

審核編輯 黃昊宇