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USB3.0端口可通過分離超高速端口和標準USB2.0端口來實現鏈路共享功能。目前，鏈路共享是賽普拉斯HX3USB3.0集線器控制器的獨有功能。本文將介紹如何在擴展塢、筆記本電腦、電視機、機頂盒等嵌入式應用程序中實現USB3.0鏈路共享。

HX3控制器是賽普拉斯USB3.0集線器控制器家族的產品，符合USB3.0規范版本1.0標準。該款控制器的所有端口均支持超高速(SS）、高速(HS)、全速(FS)以及低速(LS)操作。它集成了終端電阻、上拉電阻和下拉電阻，并支持pin-straps引腳設置選項，以減少系統的整體物料成本。HX3控制器配有賽普拉斯獨有的共享鏈路功能，能夠從四端口USB3.0集線器提供8個下行(DS)端口。

共享鏈路功能可以將集線器的USB3.0DS端口分為嵌入式超高速端口和標準USB2.0端口。共享鏈路能夠支持多達8個來自四端口USB3.0集線器的DS端口。而標準USB3.0端口配有8條信號線：2條用于USB2.0通信(D+，D-)，4條用于超高速通信(SSTX+，SSTX-，SSRX+，SSRX-)，2條用于VBUS和GND的電源線。如圖1所示。

圖1標準USB3.0端口(來源:賽普拉斯)

VBUS使能信號(DSx_PWREN)能夠控制傳輸VBUS信號到已連接的USB3.0設備。DSx_PWREN信號與過流信號(DSx_OVRCURR)一同實現可插拔USB3.0端口的過流保護電路。當端口出現過流，連接到端口電源開關輸出使能引腳的DSx_PWREN信號能夠關閉端口電源。

而向后兼容性需要用到USB2.0信號線。當超高速設備（USB3.0設備）插入USB3.0端口時，只有超高速線路能夠進行通信，此時該特定端口的USB2.0線路為空閑線路。同樣地，當高速設備（USB2.0設備）插入USB3.0端口時，超高速線路空閑。因此，在USB3.0端口中，根據已連接的設備（超高速設備或USB2.0設備），任何指定時間的點，超高速線路或USB2.0線路只有其中一種線路在運行。

共享鏈路功能使USB3.0DS端口可分離為2個獨立端口，一個嵌入式超高速端口和一個標準USB2.0端口，從而有效地利用多余的線路。例如，如果嵌入式超高速設備（如USB3.0攝像機）連接到其中一個DS端口上，HX3控制器能夠讓系統設計師使用該特定端口的USB2.0信號來連接到標準USB2.0端口。圖2顯示了如何在系統中運行鏈路共享端口。

在共享鏈路DS端口中，由于已經嵌入了超高速端口，超高速設備可以通過電路板布線與超高速端口永久鏈接，因此不能向下兼容USB2.0。已啟用共享鏈路功能的系統不應連接到USB2.0主機或USB2.0集線器，因為共享鏈路超高速DS端口不支持USB2.0功能（例如USB2.0主機或集線器），連接到共享鏈路的超高速嵌入式設備將無法正常工作。

圖2示例:筆記本電腦主板的共享鏈路端口（來源：賽普拉斯)

在通用型USB3.0端口中，超高速通信出現故障時，所連接的USB3.0設備將恢復為USB2.0速度。然而，在共享鏈路端口中，這是沒辦法做到的。因為USB2.0線路和超高速線路連接了兩個單獨的設備。為了克服這個限制，除了USB2.0端口的電源使能控制引腳(DSx_PWREN），共享鏈路還為嵌入式超高速端口（鏈路共享端口）實現單獨的VBUS使能控制引腳（DSx_VBUSEN_SS）。這有助于對嵌入式超高速端口的電源進行獨立控制。HX3控制器偵測到超高速通信故障，將其已連接到嵌入式超高速設備的VBUS檢測引腳的DSx_VBUSEN_SS信號翻轉。該DS嵌入式超高速設備將重新枚舉，認為此VBUS的翻轉為斷開連接事件或連接事件。這就是HX3控制器獨有的共享鏈路功能。圖3顯示了共享鏈路端口的實現過程。

圖3共享鏈路端口(來源:賽普拉斯)

傳統擴展塢

如今的便攜式設備采用緊實型設計，僅可以支持少數外設，通常不包括串行接口、HDMI、以太網等端口。為了讓設備能夠連接更多外設，擴展塢的設計集合了USB、串行、VGA、以太網等其他端口。圖4顯示了傳統筆記本電腦擴展塢的框圖。

如圖4所示，傳統的USB3.0擴展塢需要6-8個USB端口（包括嵌入式端口）。設計采用了配有2個四端口集線器控制器集成電路級聯。為了支持千兆以太網和HDMI等高帶寬外設，擴展塢除了要有外置USB3.0端口，還必須配有USB3.0集線器。添加USB3.0集線器只是用于連接鼠標，鍵盤，串行端口等的較慢速的外設，成本效益會非常低。因此，傳統的擴展塢同時配備了USB3.0集線器和USB2.0集線器。然而，采用兩個集線器會增加印制電路板面積、功率需求、布線的復雜性以及無源組件數量，總體上明顯加大了物料成本。

圖4傳統擴展塢設計（來源：賽普拉斯)

共享鏈路擴展塢

在配置了共享鏈路功能的四端口HX3控制器上，我們最多可以使用8個端口、4個嵌入式超高速端口和4個標準USB2.0端口。圖5顯示了共享鏈路如何實現低成本的筆記本電腦擴展塢設計。與圖4的傳統擴展塢設計相比，賽普拉斯的共享鏈路功能為客戶提供了最優的高成本效益解決方案。

圖5擴展塢配置共享鏈路USB3.0集線器（來源：賽普拉斯)

如圖5所示，下游端口DS3和DS4為標準USB3.0端口，而DS1和DS2為共享鏈路端口。共享鏈路端口DS1和DS2的超高速嵌入式端口專用于高速通信端口，例如HDMI和以太網端口。使用DS1共享鏈路端口的標準USB2.0端口，可以為擴展塢新增RS232端口。還可以使用DS2中的外置USB2.0標準端口連接可插拔設備，如鍵盤、鼠標、移動硬盤等。

其他嵌入式應用

隨著USB3.0應用在過去幾年里迅速增長，USB3.0主機端口已成為所有新款個人電腦和筆記本電腦的標準配置。另外，人們對實時高清質量視頻的需求日益增長，因此消費者電子設備也采用USB3.0標準。共享鏈路功能可應用于大多數消費者設備中，包括CPU主板、擴展塢、顯示器、電視機頂盒、游戲設備和醫療設備等。

USB3.0標準能夠支持5-Gbps超高速(SS)操作，比USB2.0標準快10倍。因此，USB3.0不僅適用于連接高清攝像機等高帶寬外設，而且還可以用作系統總線，從而支持嵌入式設備間的系統內連接，如圖6所示。

嵌入式應用中的共享鏈路可以把更多的設備連接到USB主機，從而降低物料成本、印制電路板復雜性和功耗。此外，由于DS端口布置在印制電路板的邊緣，因此很難在超高速和高速嵌入式應用中部署較短的布線。HX3控制器配有靈活的、可編程的USB3.0和USB2.0PHY，相對于典型接口的6英寸，HX3能夠支持長達11英寸的布線。

便攜式計算設備

在筆記本電腦、平板電腦和智能手機等便攜式設備中，USB3.0通常用作內部系統總線。如圖6所示，CPU集成電路通常支持單個USB3.0主機。在本應用中，集線器的上游端口通過物理印制電路板布線永久連接到嵌入式USB3.0主機。集線器的DS端口可以連接到支持嵌入式USB3.0功能的集成電路，或作為通用USB3.0外置端口使用。

圖7顯示了超極本筆記本電腦設計如何實現共享鏈路以降低物料成本和設計復雜性。

圖7支持共享鏈路的超極本筆記本電腦（來源：賽普拉斯)

USB3.0擴展塢應用

USB3.0擴展塢可分為通用型和專用型。通用型擴展塢和專用型擴展塢之間的主要區別是擴展塢的上行連接。通用擴展塢一般支持標準的USB3.0上行端口，而專用型擴展塢能夠支持某些筆記本電腦的定制端口。

由于共享鏈路超高速端口沒有USB2.0線路，因此當擴展塢連接到USB2.0主機時，連接了該端口的嵌入式超高速設備將無法工作。為了避免無意地連接到USB2.0主機，不建議在通用擴展塢上使用共享鏈路。

原理圖

圖8顯示了如何將共享鏈路信號連接到DSUSB2.0設備和嵌入式超高速設備。

圖8共享鏈路端口的USB數據線連接（來源：賽普拉斯)

圖8顯示有8個USB通信引腳

·4個引腳（SSTX+，SSTX-，SSRX+和SSRX-）用于超高速通信和1個控制電源開關的VBUS引腳

·2個引腳（D+和D-）用于USB2.0通信和1個控制電源開關的VBUS引腳

HX3控制器的4個超高速信號連接到嵌入式超高速設備的超高速引腳，而連接到嵌入式超高速設備的USB2.0引腳保持斷開。共享鏈路端口的USB2.0端口連接與標準的USB2.0端口相同。

Hx3控制器中的共享鏈路端口配有以下相關引腳：

0.USB2.0標準端口引腳

·用于USB2.0數據傳輸的D+和D-線

·負責控制DSx_PWREN信號（如圖9所示）

1.DSX_OVRCURR用作Hx3控制器的過電流指示（圖8中未示出）

·嵌入式超高速引腳

·用于超高速數據傳輸的SSRX+、SSRX-、SSTX+和SSTX-引腳。

·VBUS負責控制DSx_VBUSEN_SS信號（如圖9所示）

如圖8所示，USB2.0數據線（D+和D-）連接到可可插拔的USB2.0端口連接器引腳，而超高速線路與嵌入式設備的超高速線路相連接。根據USB規范，每個可移動的DS端口必須在VBUS引腳上具有120μF的最小電容，從而在最大負載條件下保持穩定的電壓。這就是為什么需要150uF大容量電容器連接到VBUS_DS2線路，而嵌入式超高速端口的VBUS引腳不需要大容量電容。

USB連接器屏蔽（SHD1和SHD2）應通過RC電路并聯接地，以降低電磁干擾，如圖8所。

圖9共享鏈路中的DS端口VBSU控制（來源：賽普拉斯)

共享鏈路模式需要對可插拔USB2.0設備和嵌入式超高速設備進行單獨的VBUS控制。圖9顯示了如何實現VBUS控制。

為了確保嵌入式超高速設備不會倒回USB2.0速度操作，需要加設一個外部電源開關。該開關由HX3控制，能夠產生DSx_VBUSEN_SL輸出信號。該信號控制嵌入式設備的VBUS。

DSx_PWREN是HX3控制器生成的另一個輸出信號，能夠控制可插拔USB2.0設備的VBUS。例如，發生過流時，DSx_PWREN可以關閉端口電源。DSx_OVRCURR引腳（圖9中未示出）用于指示可移動端口的過流狀態。對于嵌入式超高速端口該引腳是不需要的，因為此引腳已永久連接在嵌入式超高速端口內部。

CY4613是基于CYUSB3326元件的賽普拉斯共享鏈路開發套件。點擊此處下載共享鏈路集線器的完整原理圖。

注意：如有需要，開發人員可以禁用鏈路共享，默認配置已開啟鏈路共享，需要更改EEPROM配置參數，使用Blasterplus配置實用程序對已作修改的配置進行編程。賽普拉斯為設計師提供Blasterplus配置實用程序WindowsGUI工具，可通過個人電腦的USB接口將配置下載到EEPROM。請參考KBA91657說明書以下載HX3控制器固件。關于HX3控制器的更多功能，請參閱HX3BlasterPlus用戶指南。

共享鏈路可以減少元件數量并減小印制電路板面積，從而減低物料成本。例如，表1比較了共享鏈路擴展塢設計和使用了2個集線器控制器的傳統擴展塢的設計中使用的組件。與傳統擴展塢設計相比，基于共享鏈路的擴展塢設計可以節省28個組件。安裝組件所需的空間也相應地減少了。

表1共享鏈路擴展塢和傳統擴展塢的比較（來源：賽普拉斯)

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