下面的实例分析了较高的串联电阻对眼图有着怎样的具体影响。 在这里,开关A的典型串联电阻为5Ω,而开关B的典型串联电阻为10Ω。在使用开关A的时候,总线迹串联电阻将为50 Ω,而不是45Ω。当形成单一的分压器时,这将使逻辑 HIGH 变为379mV,而不是所需的400mV。这种规格可提供 10% 的容差(相对于400mV要求),因此 360mV的逻辑HIGH仍处于规格范围之内。当将开关B插入数据路径时会额外增加10Ω的串联电阻,从而使线迹阻抗的阻值总共为 55Ω。其结果会导致 360mV 的逻辑 HIGH,
而没有留有任何的误差幅度。考虑到在端接电阻器以及线迹阻抗中存在额外的误差,因此期望这种情况具有兼容性是不切实际的。图 3 左下方的眼图是在信号路径中增加了10Ω线迹串联电阻之后形成的眼图。由于额外线迹串联电阻的影响,我们可以看到眼图的上下边界已被压扁。该眼图留有的误差幅度非常之小。
即使电压电平在额外开关电阻的影响下降低至可接受的范围,并且在考虑各种容差之后,我们发现还存在另一种方式能够使开关影响到眼图。这种开关也增加电容至线迹以减缓信号沿变化率(上升沿和下降沿)。此举可导致眼图禁止布线区域的角落变短,进而导致眼图形成失败。例如,开关 A 有 5pF 的电容而开关 B 有 15pF 的电容。通过开关 B 在开关 A 上增加额外 10pF 的电容,可使眼图禁止布线区域(误差幅度)周围的面积减少达 50% 之多。在写这篇文章的时候,典型的开关在开启时其电容介于 6pF~15pF 之间。图 3 右上角的眼图详细说明了通过增加 15pF 电容后发生失真的眼图。
如果开关仅仅增加串联电阻或电容,可能还不会导致任何问题。但是,事实情况是开关同时将增加串联电阻和电容,这两者的结合就会导致眼图出现一些实际存在的问题。我们常说最理想的开关应具有很低的串联电阻和电容。低串联电阻将导致顶层和底层朝着眼睛中心更为靠近的移动,这样一来误差幅度就较小。电容将使得转换减缓,这会切入到眼图禁止布线区域,从而导致高速
USB 信号完整性测试的失败。图 3 右下角的眼图具体图解了这种情况。
挑选具有低串联电阻和电容的开关,并且或许这种开关甚至是两者正确的混合,如此一来 Ron 和 Con 特性就成为能否获得成功的基于开关设计的关键所在。
进行这样的设计时,需要考虑的另一个因素是何时在全速和高速 USB 路径之间切换。目前,这样的切换主要在软件中实现,例如用户必须进入手持终端中的某个菜单然后选择是否使用海量存储或调制解调器模式。然后系统处理器(基带或应用程序)即会启用正确的信号路径。默认模式通常是全速 USB 模式,将这种模式作为工厂中用于诊断和制造测试的模式。这是一种很麻烦并且不合适宜的解决方案。随着时间的推移,手持终端设计人员希望这种解决方案没有任何用户干预的约束,这意味着将向全面汇聚的解决方案迈进。
结论
毫无疑问,手机设计人员将进行完全移植以支持单一的 USB 路径,这将允许全速和高速 USB 共存。对于这种解决方案,设计人员可把时间花费在优化软件方面,从而创造出更多一流的优化设计。产品解决方案将会适时出现,并且集成了足够多的端点数以支持手机应用。到那时,手机设计人员就会愿意支持高速 USB 并快速地推出市场产品以赢得客户满意度,这完全取决于本文中所描述的解决方案能否获得成功。
另外,要使这样的设计获得成功,设计人员必须考虑到他们所选择开关的 Ron 与 Con 参数。开关的 Ron 电阻应介于 4Ω~ 8Ω之间,而 Con 电容则应介于 5pF~10pF 之间。遵循这些准则有助于避免浪费更多时间在调试 USB 连接上,同时也使得移动手持终端设计人员能更迅速地抢占市场。