USB-C 連接器是統(tǒng)治它們的唯一連接器。它的定義具有極好的靈活性，并已在不同的互連中廣泛采用。在嘗試重新定時(shí)通過其運(yùn)行的信號(hào)時(shí)，這種使用的靈活性和多樣性也是許多困難的根源，特別是在有源電纜中。重定時(shí)器的這些困難的一個(gè)關(guān)鍵來源是 USB-C 支持的所有選項(xiàng)和模式之間的許多交互。

USB-C 通過一系列替代或“Alt”模式支持 USB、Thunderbolt、DisplayPort、HDMI 和 MHL 以及其他新興協(xié)議。每個(gè)都有自己的協(xié)議和物理層，必須由重定時(shí)器單獨(dú)處理。它們是由不同的群體在不同的時(shí)間和不同的目的定義的。協(xié)議層彼此不同。物理層也以不同的方式定義，具有不同的速率和顯著的向后兼容性模式和約束。它們可以組合在一起并在一個(gè)連接器定義上運(yùn)行，這是一項(xiàng)巧妙的工程壯舉。

圖 1：定義了多個(gè)協(xié)議以使用 Alt 模式在 USB-C 連接器上運(yùn)行。

USB-C 還支持可逆性，其中連接器可以在二維中任意對齊插入。第一個(gè)對齊維度是電纜的每一端都可以連接到主機(jī)端或外圍端，并且在插入之前不知道對齊情況。USB-C 對這兩者有完全對稱的插頭和插座定義角色，是對 USB-A 連接器的重大改進(jìn)。各種協(xié)議都有主機(jī)驅(qū)動(dòng)的配置周期，因此區(qū)分命令來自哪一側(cè)對于重定時(shí)器必須參與這些周期的有源電纜很重要。這意味著重定時(shí)器必須足夠靈活，以接受、處理和傳播來自和傳播到任一方向的開銷數(shù)據(jù)包。

圖 2：USB-C 有源電纜必須處理任一方向的配置流程。

第二個(gè)對齊維度是電纜的每一端都可以插入，插頭的任一側(cè)在頂部。為了讓用戶不必摸索插頭的方向，USB-C 被定義為允許插頭在兩端向上插入。這又是對 USB-A 連接器的重大改進(jìn)，它通過將每個(gè)方向上的兩對中的每一對定義為在連接器的相對角中固定來實(shí)現(xiàn)。包括電源、接地和邊帶信號(hào)在內(nèi)的所有其他連接也以對稱方式定義。在某些應(yīng)用場景中，反轉(zhuǎn)控制很重要，因此能夠在內(nèi)部翻轉(zhuǎn)導(dǎo)線之間的連接是全功能 USB-C 重定時(shí)器的要求。

圖 3：USB-C 的線-線連接可以翻轉(zhuǎn)，具體取決于它的插入方式。

USB-C 重定時(shí)器還必須與供電 （PD） 控制器交互。USB-C 允許生產(chǎn)者和消費(fèi)者就通過鏈路傳輸?shù)碾娏M(jìn)行協(xié)商。因此，USB-C 重定時(shí)器需要支持 PD 控制器的兩線接口 （TWI）。

USB-C 重定時(shí)器必須支持一種以上的時(shí)鐘模式。模式是位級(jí)重定時(shí) （BLR） 和具有獨(dú)立 SSC （SRIS） 的獨(dú)立參考時(shí)鐘。

USB-C 還允許某些多功能模式。一個(gè)例子是，一個(gè)高速通道是 USB 3.2，另一個(gè)通道是 DisplayPort。重定時(shí)器無法提前確定所需的配置。相反，它是在與外圍設(shè)備協(xié)商后由主機(jī)根據(jù)需要聲明的。

由于 20 Gbps SerDes 速率，USB4 是需要重定時(shí)器而不是重驅(qū)動(dòng)器來完成工作的一代。模擬轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器的三個(gè)主要缺點(diǎn)是：

轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器會(huì)放大信號(hào)及其內(nèi)部接收器噪聲。

轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器僅部分清除符號(hào)間干擾 （ISI）。

轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器不會(huì)恢復(fù)眼寬并允許傳播抖動(dòng)。

結(jié)果，無法利用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器之前和之后的鏈路的全部范圍。每個(gè)位置都必須采用較短的走線長度，以最大限度地減少增加的噪聲、殘余 ISI、抖動(dòng)和窄眼寬的影響。由于這些問題，系統(tǒng)開發(fā)人員在理解和描述轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器對所有設(shè)想使用場景的終端系統(tǒng)的復(fù)雜影響方面承擔(dān)了很大的責(zé)任。當(dāng)數(shù)據(jù)路徑中使用多個(gè)重定時(shí)器時(shí)，這些問題會(huì)成倍增加。

圖 4：重定時(shí)器完全恢復(fù)信號(hào)。重新驅(qū)動(dòng)程序沒有。

USB4 也是需要在物理上靠近每個(gè)端口的重定時(shí)器的一代，除了最小的外形尺寸。這是因?yàn)橐?USB4 端口達(dá)到其全部范圍，損耗預(yù)算不能用完從微處理器到 USB-C 連接器的印刷電路板 （PCB）。在大多數(shù)早期版本中，PCB 上的損耗可以被吸收到損耗預(yù)算中。在 USB4 的大多數(shù)主機(jī)場景中，都需要重定時(shí)器，尤其是當(dāng)系統(tǒng)不想使用最昂貴的 PCB 材料類型時(shí)。當(dāng)然，如果可以將連接器直接放在微處理器旁邊，則可能不需要重定時(shí)器。

圖 5：USB4 是需要在連接器附近使用重定時(shí)器的一代。

在某些應(yīng)用中，微處理器只有一個(gè)通用 SerDes，不支持 USB4 和其他協(xié)議的全部要求。在其中一些情況下，需要緊鄰主機(jī)的第二個(gè)重定時(shí)器。

此外，USB4也是有源線纜將走在前列的一代。到目前為止，USB 大部分都可以通過無源電纜來解決。雖然無源電纜仍然是 USB4 在最短距離內(nèi)的一種選擇，但在許多情況下都需要有源電纜。由于重定時(shí)器所需的功耗增加，這一事實(shí)將影響 USB4 在某些應(yīng)用中的實(shí)用性。

一些協(xié)議已經(jīng)為主機(jī)定義了進(jìn)入一系列重定時(shí)器中的每一個(gè)并調(diào)整每個(gè)重定時(shí)器的均衡器參數(shù)的方法。這些協(xié)議中有多種模式定義對稱和非對稱方法。USB-C 重定時(shí)器必須參與所有這些協(xié)議。

圖 6：重定時(shí)器序列將在 USB4 中變得普遍。

由于 USB4 周圍具有挑戰(zhàn)性的信號(hào)完整性環(huán)境，重定時(shí)器可能支持眼圖功能，例如眼圖高度和眼圖寬度測量。還需要能夠生成和檢查 PRBS 模式的誤碼測量。

好像 USB4 還不足以自行重定時(shí)，必須支持這些附加功能。所有這些因素的結(jié)合使 USB4 over USB-C 的多協(xié)議重定時(shí)器成為有史以來最復(fù)雜的重定時(shí)器。一些可用的重定時(shí)器解決方案支持 USB4、DisplayPort 和 Thunderbolt 協(xié)議，允許方向反轉(zhuǎn)，支持連接器翻轉(zhuǎn)和外部 PD 控制器，并提供廣泛的測試和測量功能。Kandou 提供了一種這樣的解決方案。

重定時(shí)器對于互連設(shè)計(jì)來說從未像現(xiàn)在這樣重要，并且對于 USB4 和為 USB-C 定義的其他高速協(xié)議的成功運(yùn)行至關(guān)重要。

Brian Holden是 Kandou 的標(biāo)準(zhǔn)副總裁。此前，他曾擔(dān)任光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)論壇 （OIF） 市場意識(shí)和教育委員會(huì)主席、Hypertransport Consortium 主席和研究員、PMC-Sierra 標(biāo)準(zhǔn)總監(jiān)以及 StrataCom 經(jīng)理和聯(lián)合創(chuàng)始人。 Brian 在 GTE 開始了他的職業(yè)生涯。他獲得了加州大學(xué)戴維斯分校的電氣工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位和康奈爾大學(xué)的 MBA 學(xué)位。他擁有49項(xiàng)美國專利。