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解读嵌入式USB2 (eUSB2)标准

本文作者：德州仪器点击： 2020-12-29 13:42

前言：

什么是eUSB2？

嵌入式USB2 (eUSB2) 规格是对USB 2.0规格的补充，前者通过支持USB 2.0接口在1V或1.2V而不是3.3V的I/O电压下工作，解决了接口控制器与高级片上系统 (SoC)工艺节点集成的相关问题。eUSB2 可让SoC体积更小、更节能，从而使工艺节点继续扩展，并提高在智能手机、平板电脑和笔记本电脑等应用中的性能。

eUSB2的重要性

随着智能手机和平板电脑等应用的尺寸越来越小、但组装元件越来越多，缩减接口尺寸也变得尤为重要。然而，不断缩减的SoC节点尺寸导致栅极氧化层越来越薄，只能支持更低的电压。对于使用USB 2.0接口的器件，上述趋势会给高级工艺节点的设计带来复杂的挑战。

当工艺节点达到7nm时，量子效应开始影响高信号电压（如3.3V）的输入与输出 (I/O)，而且输入与输出将不再能够轻松地得到设备支持。许多设备到设备的接口已经支持低信号电压，但USB 2.0仍需要3.3V的I/O电压才能工作。为解决这一难题，USB开发者论坛在2018年发布了eUSB2 规格。

USB 2.0和eUSB2的区别

USB 2.0有线接口在过去20年曾风靡一时，几乎现在所有的SoC都配备了USB 2.0接口。USB历代标准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，从而实现了更广泛的应用和更大的生态系统，同时确保设备互操作性。

随着工艺节点到达5nm，维持USB 2.0 3.3V I/O信号所需的制造成本呈指数级增长。eUSB2作为对USB 2.0 规格的物理层补充，弥补了I/O电压间隙，因此，设计人员可在器件级别集成eUSB2接口，同时在系统级利用和重复使用USB 2.0接口。

eUSB2支持板载器件间连接（通过直接连接），也支持通过eUSB2转USB 2.0中继器（如 TUSB2E22 USB 2.0-eUSB2双路中继器）的外露连接器接口，从而进行电平转换，如图1所述。

图1：使用eUSB2中继器（如 TUSB2E22）的eUSB2应用

当工艺节点为7nm及以上时，USB 2.0可继续集成到 SoC中，而当工艺节点为5nm及以下时，eUSB2则更适合集成到SoC中。如图1所示，eUSB2还可集成到其他器件中，从而作为器件间接口与SoC轻松互连。USB 2.0将继续作为标准连接器接口。

eUSB2可显著降低I/O功率，提高电源效率，同时支持工艺节点继续扩展。表1展示了USB 2.0和eUSB2之间的特性差异。

特性	USB 2.0	eUSB2
信号接口	D+、D-	eD+、eD-
I/O电压	3.3V	1V或1.2V
支持的数据速率	低速：1.5Mbps 全速：12Mbps 高速：480Mbps	低速：1.5Mbps 全速：12Mbps 高速：480Mbps
连接	器件间开箱即用	器件间通过中继器可直接使用USB 2.0

表1：USB2.0和eUSB2的区别

eUSB2前景

由于系统功率大幅降低，eUSB2非常适合用于I/O电压较小的器件间通信。当使用先进的SoC和5nm及以下的工艺节点时，小型电子产品的设计人员可在系统设计中采用eUSB2，同时继续受益于USB 2.0接口的简易性、便于设计和广泛使用的特点。

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