ג’ים קואט, Agilent Technologies
USB הינו בכל מקום. לפי אינטל, נשלחו עד היום יותר מ-6 מיליארד מוצרי USB. זה כמעט מספיק כדי לצייד כל גבר, אישה וילד על פני כדור הארץ. אם כיסוי זה אינו מספיק, עם שיפורי הביצועים ב- USB 3.0 כנראה שהטכנולוגיה תדחק ממשקים אחרים לשוליים ותאיץ את חדירת השוק של התקן.
תקן USB 3.0 החדש (SuperSpeed USB) מגדיר קצב העברת נתונים מהירה פי 10 מ- USB 2.0. המהירות הנוספת תפתח את הדלת לסיבוב חדש של מוצרים לצרכן ותביא חיוך אל פניהם של צרכנים הרוצים להעביר ווידאו אל הטלפונים החכמים שלהם. התקן החדש בעל המהירות הגבוהה יותר הונע על ידי דרישות הצרכנים, ומנקודת המבט של משתמש הקצה, הוא במידה רבה אבולוציוני.
יחד עם זאת, אין משמעות האבולוציה “משעמם”. עם מהירות נתונים של 5 גיגה-ביט לשנייה וקצב העברת נתונים של יותר מ-200 מגה-בייט לשנייה, ממשק ה- USB 3.0 מזעזע את עולם העברות הנתונים. הוא מהיר יותר מ- eSATA ו-FireWire, וכנראה ידחק את הממשקים הללו אל משימוש.
בעוד ממשק ה- PCI Express® הינו בעיקר אפיק (buses) פנימי, ישנם מתאמים המאפשרים לך להשתמש בטכנולוגיה הזו על מנת להעביר נתונים ממחשב אישי אחד למשנהו. עם שיפורי הביצועים ב-USB 3.0, אתה יכול לוותר על המתאמים ולהעביר את נתוניך באותו קצב ההעברה שתקבל מהשימוש ב-PCI Express. אין זה אומר ש- USB 3.0 יחליף את טכנולוגיות PCI Express – כל ה-hosts של USB 3.0 הנשלחים כעת הינם כרטיסי PCI Express – אולם זה מדגיש שקצבי נתונים של USB 3.0 מספקים למהנדסים ביצועי מובנים (in-the-box) עם טכנולוגיה המתוכננת מלמטה למעלה עבור יישומי out-of-the-box.
תקן ה- USB 3.0 מזעזע גם את הסטאטוס קוו במעבדות ההנדסה והבדיקות. ארכיטקטורת USB 3.0 הינה שונה משמעותית מ-USB 2.0. יש לה שכבת PHY – המונעת על ידי דרישות המהירות – בדומה מאוד לטכנולוגיית PCI Express. כך שמהנדסים שהינם מומחים בבדיקות וניפוי של טכנולוגיית USB 2.0 צריכים ללמוד מיומנויות חדשות. כמו כן, במהירויות של 3.0 מהנדסים אשר הינם עמוק בעולם הדיגיטלי צריכים להתעסק עם אפקטים של גלי מיקרו, תחום אשר בדרך כלל אין להם ניסיון בו. מתכננים דיגיטליים צריכים עתה להתעסק עם ניתוב מסלולי אותות ובקרת עכבה (impedance Control), אשר הינן דרישות תכנון קריטיות עבור USB 3.0. תכנון המקלט הינו בסדר גודל קשה יותר עקב הצורך ליישם PLLs מורכבים ומקלט בעל יכולות שִׁוְיוּן (equalization).
אחד מהשינויים הגדולים ביותר שמתכננים ניצבים בפניהם הינו הדרישה לכלול מנגנון SSC (spread-spectrum clocking) בכל מוצרי USB 3.0.יSSC נדרש על מנת להתגבר על או להקטין סוגיות EMI. עבור סיליקון של התקן, קשה ליישם מודולציית SSC מבוקרת היטב עבור תכנוני בעלות נמוכה.
חלק מלוחות האם מיישמים בצורה לא נכונה center-spread clocking SSC, אשר מפר את דרישות המפרט של USB 3.0. פרופילי פרישה מרכזית (center-spread) ממורכזים על התדר הנומינלי ועוברים מודולציה שווה באותן כמויות מעל ומתחת, למשל +2500/-2500 ppm. רוב התקני USB 3.0 אינם תואמים למערכות אשר מיישמות בצורה לא הולמת SSC של פרישה מרכזית. כאשר צרכנים רוכשים כרטיסי הרחבה ל-host ומוסיפים אותם למערכת בעלת שעון מערכת שאינו תואם לכללים (noncompliant), הם יהיו מאוכזבים.
יצרני התקנים זיהו דרכים לעקוף את הסוגיה הזו, למשל על ידי כיבוי SSC. הפתרון לטווח רחוק הינו לדאוג שיצרני מערכות יוודאו שהם ממלאים אחר דרישות מפרט SSC עבור PCI Express ו- USB 3.0. מסיבה זו חשוב לטפל בסוגיה זו גם בתוך קהילת ה- PCI Express וגם בתכנית התאימות (compliance program) של USB-IF (ארגון תקינת ה-USB).
נוסף מורכבות במשימת תכנון התקנים העונים על תקן USB 3.0 הינו דרישת התאימות לאחור של התקן. עם התפתחות תקן USB, קצבי הנתונים שלו עלו
מ- Mb/s 1.5 ו- Mb/s 12 (USB 1.1)
ל-Mb/s 480 ((USB 2.0 ועתה ל- Gb/s 5 (USB 3.0).
מכיוון שלכל גרסה של USB הינה בעלת מפרט בדיקות תאימות משלה, הדו-קיום של קצבי נתונים ורמות אותות שונים מגדיל בצורה משמעותית את מורכבות ההתקן ודרישות הבדיקה. אולם תאימות לאחור זו היא המעניקה לצרכנים את הגמישות לשלב ציוד היקפי בעל מהירויות וקצבי העברה שונים. גמישות זו הינה אחד מהיתרונות העיקריים של USB.
הגידול בסדר-גודל בקצב הנתונים בתקן USB 3.0 יוצר אתגרים חדשים בבדיקת המשדר, המקלט והחיבוריות ביניהם. כדי לבדוק התאמה של משדר SuperSpeed ואפקט ערוצים, מהנדסים צריכים אוסילוסקופ בעל טווח תדרים גדול על מנת למדוד את צורת הגל המשודרת תוך שימוש בתבניות בדיקת תאימות (compliance patterns). עקב טופולוגיות הערוצים המאוד ארוכות המותרות עבור USB 3.0, מהנדסים נדרשים לבדוק התאמה של משדר ומקלט דרך הערוץ הארוך. משמעות הדבר הינה שהם יבדקו את מאפייני ה-PHY שלהם דרך 3 מטרים של כבלים ואורך נוסף של קוים ע”ג המעגלים (PCB),
“5 בצד ה-host ו-”11 נוספים בצד ההתקנים.
המטרה כמובן היא שמוצרי ה- USB 3.0 יעבורו את בדיקות התאימות כדי להבטיח יכולת פעולה הדדית חשמלית. יחד עם זאת, מעבר בהצלחה של בדיקות התאימות עם פרט אחד או שתיים של מוצר אינה ערובה שבתנאים שונים או עבור פינות תהליך שונות עדיין לא יהיו למוצר שום בעיות. בדיקות שוליים (margin testing) מספקות את הביטחון הנוסף שהמתכננים צריכים.
חברות בדיקה ומדידות כמו Agilent הינן קריטיות לתהליך הבדיקה. ב-Agilent מספקים את המכשור שיבטיח שהמהנדסים יוכלו לאפיין את הרכיבים וההתקנים שלהם בהתאם לתקן. במקרים רבים, Agilent אף מסייעת להם עם מתודולוגיות הבדיקות. Agilent לא מוכרת רק קופסה, אלא מסייעת להם לאפיין את ההתקנים שלהם בצורה הטובה והיעילה ביותר.
כדי למכור פתרון אפיון מלא, מבינים היטב את המפרט. מכיוון ש- Agilent הינה חברה תורמת ב- USB-IF (USB Implementers Forum), החברה לא רק מבינה את המפרט, היא מסייעת לעצב אותו. המעורבות שלה בתקנים הללו מעניקה למהנדסי תכנון ה-USB שני יתרונות עיקריים:
• ראשית, היא מאפשרת ל Agilent להביא את המוצרים הנכונים לשוק כאשר המהנדסים זקוקים להם.
• שנית, עם מעורבותה של Agilent בplug-fests, סדנאות וסמינרים, היא בעמדה ייחודית לפתח פתרונות המתפתחים עם התקנים ומעניקים למהנדסים את היכולת לתכנן את המוצרים שלהם עם רמת הביטחון הגבוהה ביותר.
תקן ה- USB 3.0 החדש יאפשר גידול משמעותי בביצועים במגוון של מכשירים אלקטרוניים. ו- Agilent הינה מוכנה עם הכלים הנדרשים של בדיקה ומדידות כדי לסייע למהנדסים לכבוש את האתגרים ולהאיץ את הגעת המכשירים החדשים שלהם לשוק.
