【摘 要】
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USB接口因其稳定的传输性能和方便的即插即用模式,被广泛应用于计算机系统中。但是其传输距离较短,使其在工控、安防、医疗等场合的应用受到一定的限制。本文设计了一种应用于USB延长控制芯片中的接口电路方案,应用常见的普通五类双绞线作为传输介质,可以将USB信号传输距离延长至100米以上,突破了USB传输距离小于5米的局限性。本文首先分析了高速信号的远距离传输涉及到的技术难点,分析了高速信号传输过程中失
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USB接口因其稳定的传输性能和方便的即插即用模式,被广泛应用于计算机系统中。但是其传输距离较短,使其在工控、安防、医疗等场合的应用受到一定的限制。本文设计了一种应用于USB延长控制芯片中的接口电路方案,应用常见的普通五类双绞线作为传输介质,可以将USB信号传输距离延长至100米以上,突破了USB传输距离小于5米的局限性。本文首先分析了高速信号的远距离传输涉及到的技术难点,分析了高速信号传输过程中失真的原因。由于既往的仿真模型难以准确地评估实际传输效果,所以本文建立了双绞线传输模型,然后通过Matlab工具将该模型转换为滤波器并求出系数,再使用Cadence工具中自带的Verilog-A仿真器建立了该滤波器的仿真模型。仿真验证表明,在30～150米的距离范围内,该传输模型的衰减特性都与通信行业线缆标准贴近,并且具有较高的仿真速度。在此基础上,本文对比分析了LVDS、CML、LVPECL等接口电路的结构特点和电气特性,研究了发送均衡和接收均衡电路的设计要点和难点,确定了在发送端采用带有预加重的CML驱动电路和在接收端采用连续时间线性均衡电路（CTLE）的设计方案。本文设计了完整的收发双向接口电路,主要包括发送端CML驱动电路、发送均衡电路、接收端CTLE均衡电路、差分比较电路和电平移位电路等。本文基于UMC 0.11μm的工艺,完成了接口电路设计和版图设计,并完成了前仿真和后仿真。仿真结果表明,电源电压在2.97～3.63V区间内,该接口电路在各个工艺角下都能完整地恢复出经过100米双绞线模型衰减后的信号,实现了设计初期提出的设计指标,并且具有低功耗优势。本文所设计的接口电路整体版图面积为0.11mm2,在3.3V电源电压下,该收发电路整体功耗为124mW。本文所设计的高速接口电路对USB延长控制芯片的实现具有重要的理论意义和应用价值。
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