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Thunderbolt 3将以USB Type-C的形状泛起

宣布时间:2015年06月11日 11:06    宣布者:designapp
要害词: Thunderbolt接口 , USB Type-C , Intel
在Computex 2015台南国际电脑展上,英特尔(Intel)宣布了最新一代的Thunderbolt 3尺度。Thunderbolt 3尺度线缆与接口直接接纳与USB Type-C接口类似的尺度与装备相连。最高传输速率提升至40Gbps,是Thunderbolt 2的两倍,而Thunderbolt 1是10Gbps。Thunderbolt 3完全支持USB 3.1规格,网罗支持最高100W电力传送。



据简介,Thunderbolt 3所支持的传输协定数目,将比现有任何的 I/O 控制器都多。你可以用统一个 Thunderbolt 3 接口给自己的电脑充电,同时还能经由历程转接口来同步手机,和输入视频:

● 电源:最高支持 100W 电力传输
● 群集:尺度以太网
● 视频:支持 DisplayPort,一台电脑可以经由历程一个接口同时输入两个4K @60Hz视频,或许一个 5K 60Hz 视频(5K显示器的像素数比4K多70%)
● 数据:支持第三代 PCI-E,支持 USB3、2、1 代等任何数据线尺度。





在Computex 2015台南国际盘算机展上,英特尔展示以一台条记本经由历程Thunderbolt 3同时输入两个4K影片至两台盘算机屏幕上顺畅播出。

英特尔体现,本岁尾将推出30款Thunderbolt 3控制芯片,搭载Thunderbolt 3的产物将在明年问世。据英特尔预计,到了2015岁尾全球将有1亿台盘算机支持Thunderbolt手艺,涵盖的盘算机品牌网罗了HP、华硕、遐想、技嘉、苹果、Dell等,现在全球有逾越250款经由历程Thunderbolt认证的装配。

剖析称,这关于USB-C阵营和Thunderbolt尺度来讲是一个共赢的战略。随着苹果、谷歌等年夜厂陆续泉源在产物中启用USB-C接口,加上这一次英特尔Thunderbolt 3接口的推动,这意味着装备接口未来的偏向。

你有须要明确的Thunderbolt手艺简介

ThunderboltI/O手艺由Intel公司开发,每个接口装备两个10Gbps全双工数据蹊径链路,要比Firewire800接口快达12倍。Thunderbolt接纳64b/66b数据编码名堂,而Intel开发的接口控制器可将PCI–Express和DisplayPort复用成为一个双数据流。Intel公司开发的第一代控制器代号为Light Ridge,随后的第二代、第三代控制器代号划分是Cactus Ridge和Redwood Ridge,而新一代(第四代)控制器的代号是Falcon Ridge。

在主机装备中,控制器从I/O控制器集线器中取得PCI–Express数据,从I/O控制器中的负旌旗暗记或如图1所示的外部图形控制器中取得DisplayPort数据。接上去,该组合旌旗暗记经由历程全双工差分旌旗暗记收回。浅易情形下,每个控制器装备两个端口,可阻拦菊花链要领的毗连。



Thunderbolt接纳的是已有的迷你DisplayPort毗连器,并已针对Thunderbolt旌旗暗记的特点对该插槽阻拦了重新设计。Thunderbolt还可兼容尺度DisplayPort毗连。



表1中较量了映照到迷你DisplayPort毗连器上的Thunderbolt旌旗暗记和尺度DisplayPort旌旗暗记。线缆可以是电缆或光缆,但岂论哪一种线缆都必须要保持运动状态以确保吸收端旌旗暗记的完全性。关于处于运动状态的铜缆,最年夜长度约为3m,而光缆的长度可扩年夜至数十米。焦点系统会吸收Thunderbolt旌旗暗记,并将其送至此外一控制器中,使其在终端提取PCIExpress与DisplayPort旌旗暗记。

迷你DisplayPort毗连器可在当地DisplayPort形式或Thunderbolt形式下使命,但由于应用的是统一引脚,这两种使命形式没法同时完成。如图2所示,控制器外部会设一个MUX集成电路(IC),用来控制Thunderbolt形式旌旗暗记或DisplayPort形式旌旗暗记的切换。

        

高速旌旗暗记设计的寻衅

对设计工程师来讲,旌旗暗记完全性是10Gbps以上数据速率传输所面临的一年夜寻衅。这一效果浅易是由旌旗暗记自己的电磁特点惹起的,会招致EMI/EMC旌旗暗记衰减,进而延伸吸收或终端侧的时间窗口并招致旌旗暗记质量好转。在设计历程当中,工程师必须特殊重视反射噪声、电源噪声和串扰噪声的影响。经由历程电路板中残段(stub)发生的阻抗掉落配反射可使噪声随着赓续增年夜的频率/距离而增强。是以,应防止在PCB各层之间应用语音滋扰剖析装配(VIAS)。

在走线布线时代,应使10Gbps旌旗暗记驻留在PCB的某一层上,而不要穿越其它层。所有线路都应防止90°的曲折,理想状态是径向曲折或年夜于135°的曲折,如图3所示。在高频率旌旗暗记设计中应设置至少4个PCB层:10Gbps旌旗暗记层、数字逻辑控制旌旗暗记层、电源层和接地层。



将终端电阻置于吸收端可最年夜限制地下出世成的残段长度。在一个浅易的电蹊径路结构中,天生的残段始于主要的差分旌旗暗记对到终端毗连器,且线路长度应为最短。最好措施就是将Thunderbolt接口芯片置于距离毗连器比来的地方。

应用契合阻抗差分线路。可应用慎密耦合的边缘耦合带状线或微带线,以确保吸收器能够榨取共模噪声(如图4所示,s距离被最小化)。将10Gbps差分对视为一个希奇的旌旗暗记,经由历程榨取或镌汰线路的倾斜度来保持平衡。



高速接口装备周边的供电设计也是一个主要的考量因素。优胜的供电设计是在电源和接地层中应用薄膜电介质(2mil~4mil,1mil=0.0254mm),从而为PCB电源电路创作缔造一个平面电容,并将电源层和接地层用作旁路电源。这样一来便可以很容易地增添特此外外部旁路电容器,同时也能够或许节约BOM资源。残剩的外部旁路可应用小型(0603)X7R电容器,然后要亲近留心这些电容器的共振频率,由于这有能够会招致旁路功效掉落效。

另外一个须要亲近留心的参数就是哆嗦。这类旌旗暗记掉落真形式会沿着数据蹊径积累,分随机性哆嗦(Rj)和定量性哆嗦(Dj)两种。所有的导电质料都邑泛起一定水平的旌旗暗记衰减,是以会榨取哆嗦并减多数据蹊径吸收真个眼图启齿度。应用再驱动器/中继器等旌旗暗记完全性产物可恢复眼图质量并减小比特误码率(BER)。

由于时间窗口较小,10Gbps数据传输速率更容易受哆嗦的影响。阻抗掉落配可以增添时间哆嗦允许量。配有适当滤波和旁路功效的清洁电源关于增添哆嗦来讲也是异常须要的。为此,应在有源IC的各个VCC引脚旁装配一个低ESR的0.1μF去耦电容器。

控制器与迷你DP毗连器之间视频与非视频数据都邑复用和路由至迷你DP毗连器上,这是通向外部空间的一个主要Thunderbolt接口。Thunderbolt控制器配有一个外部处置赏罚赏罚器,可控制外部MUXIC的切换。毗连器配有一个热插拔检测(HDP)引脚,可凭证拔出装备类型告诉处置赏罚赏罚器切换到照顾旌旗暗记(如表2所示)。



针对Thunderbolt控制器与毗连器之间的MUXIC,可从下载现实设计电路图,供您做进一步参考。MUXIC中网罗2个MUX。3:1MUX可在显示数据通道(DDC)、DisplayPortAUX数据与10GbpsThunderbolt接口吸收数据之间切换。2:1MUX可在DisplayPort主链路1(ML1)与Thunderbolt低速控制器数据之间切换。

p位于Thunderbolt控制器、MUXIC与毗连器之间的10Gbps差分对是很是要害的旌旗暗记蹊径。浅易会有两个10Gbps发送旌旗暗记对(HS0TX与HX1TX)和两个10Gbps吸收对(HS0RX与HS1RX)。HS1RX差分旌旗暗记对经由历程3:1MUX阻拦切换,是以要确保MUX的静态特点参数(如差分插损、差分回损、串扰、隔离性及倾斜度)不会招致10Gbps旌旗暗记好转。所有的10Gbps旌旗暗记必须位于统一PCB层上,不应穿过其它任何一层。这些旌旗暗记应呈条状线或微带线漫衍,且应完善契合,以防止泛起倾斜。

接口中有多个10Gbps差分旌旗暗记对。应用微带线时,为了完成最好的旌旗暗记完全性,应确保两个差分旌旗暗记对之间的距离(D)为差分旌旗暗记间缺口距离的两倍以上,这样便可以最年夜限制地增添两个差分旌旗暗记对之间的串扰。当差分旌旗暗记对脱离MUXIC或控制器IC时,将差分线路(S)的长度设为3H,详细细节参考图5。



所有的高速及低速差分对都邑AC耦合到Thunderbolt控制器中。凭证Thunderbolt互联尺度,10Gbps吸收蹊径的AC耦合电容器值应介于0.34μF和0.6μF之间,发送蹊径的值应介于0.17μF~0.3μF之间。在该示例设计中,发送蹊径上应用的是0.22μF的电容器,而吸收蹊径上应用的是0.47μF的电容器。此外,AC耦合电容器的年夜小应与微带线PCB线路的宽度相婚配,以增添旌旗暗记损掉落或阻抗掉落配。如图6所示,电容器应并行放置,且相互之间不得相互抵消。更可取的做法是将电容器置于传输线对的终端。



在所有设计历程当中,在控制器与毗连器之间应用低资源ThunderboltMUX可最年夜限制地增添外部组件的数目。这样一来,只需知足了所有高速电路板设计指南的请求,这一架构妄图便可使速率高于10Gbps的旌旗暗记以一种直接、可靠的要领阻拦路由。
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