usb3.0物理层数据发送器的-研究和设计

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1、标准便应运而生，它是由USBl1规范演变而来的，最初的目标是将USBl1的传输数率提高10—20倍，而实际上却提高了40倍达到了480mbpS，折算为MB为60MB／S。USB2O相对于USBl1是质的飞跃，更台人意的地方是USB20与USBll可以互相兼容，也就是说，USB20设备可以工作在USBl1接口上．反之USBl0设备也可以工作在USB20接口上。速度的提高对于用户的最大好处就是意味着用户可以使用到更高效的外部设备，而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到USB2．0的线路上，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。1．2．3UsB3．O简介USB3．0将采用一种新的物理层，

2、其中用两个信道把数据传输(transmission)和确认(acknowledgement)过程分离，因而达到较高的速度。为了取代目前USB所采用的轮流检测(polling)和广播(broadcast)机制，新的规格将采用一种封包路由(packet-routing)技术，并且仪容许终端设备有数据要发送时才进行传输。新的链接标准还将让每～个组件支持多种数据流，并且每～个数据流都能够维持独立的优先级(separateprioritylevels)，该功能可在视讯传输过程中用来终止造成抖动的干扰。数据流的传输机制也使固有的指令队列(nativecommandqueuing)成为可能，因而

3、能使硬盘的数据传输优化。1．3本文的主要内容和结构论文主要分成两大部分，分别对USB30物理层模块中时钟发生器和数据发送器的设计进行研究和设计，这两个电路也是物理层中非常核心的部分。按照USB3．0协议的要求，时钟发生器需要具备扩频时钟功能(SpreadSpeetmmClocking)，本文中的设计是基于锁相环技术和∑A调制器技术实现的．所以在第三章中对这两种技术进行了详细理论分析和研究。论文各章节内容结构如下：第一章介绍本论文的研究背景和USB30的发展现状。第二章介绍USB30物理层的系统结构和模块，以及物理层中数据发送器的主要设计参数指标。第三章为时钟发生器的研究与设计，首先

4、分析了常用的时钟发生器的设计方法，并确定采用∑△分数分频的锁相环来实现扩频时钟发生器，然后研究了锁相环的系统线性模型以及锁相环中PFD／CP的非线性特性与鉴相死区、VCO的相位噪声特性、∑△调制器的噪声整形原理和三角波发生器电路，并对每个电路模块以及整个时钟发生器进行了仿真和结果分析。第四章论述了高速并串转换电路的两种结构的比较和分析，从功耗和版图复杂性的折中考虑本文采取两种结构缴连的方式最后实现5Gbps的40到1的并串转换器。接着再对线驱动器的结构和预均衡设计做了研究和分析，并做了整体的仿真和结果分析。第五章主要是介绍版图的基本规则并给出前面设计的时钟发生器、高速并串转换和线驱

5、动器电路的整体芯片版图。最后一章对论文的工作进行总结，并指出其中的一些不足之处，确定下一步的工作方向。第二章物理层系统结构2．1系统结构和模块USB3．0将采用一种新的物理层，其中用两个信道把数据传输(transmission)和确认(acknowledgement)j：捌)"离，因而达到较高的速度。为了取代目前USB一所采用的轮流检测(polling)和广播(bmadcaso机制，新的规格将采用一种封包路由(packet-routing)技术，并且仅容许终端设备有数据要发送时才进行传输。USB3．0物理层(图2-1)包括三个主要的功能模块，分别是发送器(Transmitter)，

6、接收器(Receiver)和低频周期信号(LFPS，lowfrequencypedodicsjgn鲥jng)。发送器从Link层接收40比特125MHz的并行麴据，通过并串转化器(Serializer)转欹成SGbps的串行数据，然后通过差分线驱动器(LineDriver)输出数据。接收器从线缆(Cable)接收5Gbps的差分数据，通过时钟数据恢复电路(CDR，clockdatarecovery)恢复出5Gbps的串行数据，再经过串并转化器(De-SefiM注er)转换成40比特125MHz的并行数据输入到Link层。低频周期信号模块的功能是在省电模式下俣持USB3．0Host和

7、Device的握手通信。USB3,0PHYMacroCellBlockDiagram图2-13．0物理层框图2．2数据发送器的性能指标时钟发生器．并串转换器和线驱动器是USB3．0数据发送器中最重要的三个模块(图2—2)。时钟发生器要给并串转换器和线驱动器提供时钟源。根据USB3．0协议的要求，数据发送器以5Gbps的速度传输数据(在USB3．0中被称为SuperSpeed模式，同样在USB2．0中有FullSpeed模式和HighSpeed模式)，是USB2．0速度