通用接口USB3.0設備控制器的優勢

　　USB簡介：

　　通用串行總線(USB)旨在實現鍵盤、鼠標、打印機、U盤、硬盤、便攜式媒體播放器等電腦外設的標準化連接，支持它們的通信和供電需求。USB是當今PC和消費類設備最常見的連接解決方案。USB即插即用、簡便易用、實施簡單，不斷受到新型應用和新興細分市場的青睞。從USB標準的發展史來說，該標準的第一版USB 1.0于1996年發布。USB 1.0定義了兩種傳輸速度，以滿足當時出現的不同類型的設備需求。其中1.5 Mbps(低速)用于滿足鍵盤、游戲操縱桿等低速設備需求，而12 Mbps(全速)則用于滿足磁盤驅動器等設備需求。USB 2.0標準于2000年發布，最高信號傳輸速率達到480 Mbps(高速)，是全速信號傳輸速率的40倍。USB 3.0標準于2008年發布，最高信號傳輸速率達到5 Gbps(超高速)，是高速信號傳輸速率的10倍。

　　問題在于，哪些應用需要超高速的信號傳輸速率。看看成像數據和存儲領域的發展演進，就會發現高速數據傳輸速率現已無法滿足這些市場的需求。傳輸未壓縮的高清視頻(1080p@30fps)需要約118 MBps的數據流。此外，根據最新SD卡標準(v3.0)，也就是所謂的容量擴大化的安全存儲卡(SDXC)，現在SD卡的最大存儲容量已高達2TB。SDXC存儲卡的運行時鐘頻率最大可達208 MHz，從而數據傳輸速率可高達104 MBps。USB 3.0能夠無條件地支持上述市場需求。USB 3.0向后兼容USB 2.0，因此USB標準也一直保持著向后兼容性。

　　本文隨后將探討USB 3.0設備控制器的三種不同應用(數據采集系統、電腦電視收發器和UVC攝像頭)，并介紹通用USB 3.0設備控制器如何滿足上述各種應用需求。

　　數據采集系統：

　　數據采集就是對檢測真實世界物理環境的信號進行采樣并將得到的樣本轉換為計算機能操控的數字數值的這樣一個過程。基于USB的數據采集方框圖如圖1所示。

　　不同行業都需要實時監控測試設備的各種不同參數。傳感器連接到設備，傳感器的輸出連接到高速模數轉換器(ADC)。比方說，我們使用的ADC，其數據采樣速率為160MSPS，每個采樣的輸出為16位，那么該ADC的數據輸出速率為320MBps，這時我們就需要USB 3.0設備控制器將信息傳輸給電腦。電腦上的用戶軟件負責接收這些數據，并按要求顯示。

　　ADC上的串行端口接口(SPI)使用戶能夠根據具體功能或操作通過ADC中結構化的寄存器空間配置ADC。SPI根據應用可提供更高的靈活性和定制化功能。

　　數字電腦電視收發器：

　　收發器是指插入電腦的任何小硬件。電腦電視收發器(PC TV dongle)就是一種用于在電腦上看電視的小硬件。根據電視信號的不同，有兩種不同類型的電腦電視收發器。如果電視信號源為數字信號，那就是數字電腦電視收發器;如果采用的是模擬信號，那就是模擬電腦電視收發器。數字電腦電視收發器的方框圖如圖2所示。

　　數字電腦電視收發器的主要組件為數字調諧器、數字解調制器以及用作MPEG2-TS到USB橋接器的USB控制器。電視收發器中的調諧器用于調節RF信號到與之連接的特定解調制器，解調制器得到DVB/ATSC/ISDB/DMB輸入并輸出MPEG2傳輸流給USB控制器。USB控制器將這些數據傳給電腦，電腦上的媒體播放器則播放這些信息。

　　除數據路徑之外，調諧器和解調制器還可通過I2C接口連接到USB控制器。從以上圖2的電視收發器方框圖中可以看出I2C總線連接。該I2C總線通過USB連接的PC主機驅動程序來初始化并配置調諧器和解調制器。如果USB控制器有專用的I2C引擎，那可以使用這個專用的引擎;否則我們可以用兩條GPIO線來傳輸，實現I2C操作(SCL和SDA)。

　　增強數字電腦電視收發器的功能：

　　用戶用這款電腦電視收發器觀看X頻道的節目時，可能Y頻道上正在播放的其它節目用戶也感興趣。如果使用一般的電視收發器，用戶就會錯過同時播放的其它節目。但通過電腦電視收發器解調制兩個頻道，用戶體驗就能得到提升。