无需重新计就可升级至高速USB手机的方法

进移动手机的最佳方法是增加HS路径，并通过信号开关与现有FS路径实现复接(图2)。

虽然这样做似乎非常简单，但在HS信号完整性方面确实会引起许多实际问题。事实上，它可能会导致USB一致性测试的失败。即使市场上有专门用于HS USB应用的开关，在某种程度上也会降低眼图质量，在某些情况下甚至不能通过一致性测试。当选择开关和布局电路板时必须考虑许多因素，但先让我们看看没有开关的理想HS USB数据路径。

在设计HS USB数据路径时，电路板设计师必须优化对多个因素的控制，以便创建干净的眼图。首先，D+和D-线的走线阻抗必须是45Ω，以匹配在接收器件的D+和D-管脚的输入端看到的内部阻抗。如此形成的合适电压分压器可以提供兼容HS逻辑高电平的400mV电压。另外一个方面是D+和D-走线的长度匹配。假设没有其它复杂因素，如ESD或EMI保护器件，那么这样就可以提供漂亮的眼图(图3)。

当开关被插入数据路径时，失真就会产生。至于何种失真、失真到何种程度则取决于开关的特性。第一步是查看开关的开关速度。开关速度必须能够达到480Mbits/s(等效于240MHz)才能兼容HS USB。如果不能达到，那么这种开关就不应该选用。最可能的情况是开关声明专用于HS USB应用，那么基本上就没什么问题。

可能被忽视但是最重要的第二个特性是开关的串联电阻(RON)。串联电阻越大，眼图就越扁。在试图获得USB-IF认证时这将是最大的问题。

下例说明了较高的串联电阻会如何影响眼图。假设开关A的典型串联电阻值是5Ω，开关B的典型串联电阻值是10Ω。在使用开关A的情况下，总的走线串联电阻值是50Ω，而不再是45Ω。在做过简单的电压分压计算后可以得到逻辑高电平为379mV，而不是要求的400mV。该规范对400mV要求提供了10%的容差，因此360mV逻辑高电平仍在规定范围内。当插入开关B时，它将增加10Ω的串联电阻，从而使总的走线阻抗达到55Ω。这将导致360mV的逻辑高电平，不再有误差余量。考虑到终端电阻和走线阻抗的额外误差，对兼容抱有希望将是不切实际的想法。

图3中左下角的眼图代表信号路径中的走线串联阻抗增加了10Ω。要注意的是，上下边界由于走线串联电阻的增加被压扁了。虽然这仍是一个合格的眼图，但误差余量实在是太小了。

即使增加开关电阻后电平仍落在可接受的范围内，但在考虑了各种容差后，开关可能以另外的方式影响眼图。开关还会增加走线的电容，从而降低边沿斜率(上升和下降沿)。这将导致眼图阴影区域的角部被裁剪掉，无法满足规定要求。

比如假设开关A的电容是5pF，开关B的电容是15pF。围绕眼图阴影部分的区域(余量)将由于开关B比开关A多出10pF的电容而减少50%。目前典型开关在打开时的电容在6到15pF之间。图3中右上角的眼图是增加了15pF电容后失真的眼图。

如果开关只是增加串联电阻或电容，那么有可能不会引起任何问题。但现实情况是开关会同时增加电阻和电容，这种组合情况会导致眼图产生真正的问题。假设最理想的开关具有很低的串联电阻和电容。较低的串联电阻会使眼图的上下边向中心靠拢，从而减小误差余量。电容会使边沿变化变得缓慢，并切入眼图的阴影部分，最终导致HS USB信号完整性测试失败。图3中右下角的眼图就是这种情况。

因此选择具有低RON和CON 特性的开关是基于开关的设计取得成功的关键。

在这种设计中需要考虑的另外一个因素是要知道什么时候执行FS和HS USB路径的切换。在目前大多数情况下切换是用软件完成的-例如，用户必须人工选择他们想使用大容量存储还是modem模式，系统处理器(基带或应用)再提供正确的信号路径。默认模式通常是FS USB模式，因为这种模式用于工厂的诊断和制造测试。但这种方法很麻烦，也很不好用，因为它增加了使用的复杂性，可能导致寻求支持的电话增多。因此随着时间的推移，手机设计师希望在没有任何用户干扰的情况下实现切换控制，这意味着转向完全融合的架构。

不久的将来，手机设计师肯定会实现完整的移植以支持单条USB路径，并允许FS和HS USB共存。这需要时间去优化这种解决方案的软件，从而形成更先进更优化的设计。产品架构也将得到升华，最终将集成足够数量的端点以支持手机应用。直到那时，希望支持目前的HS USB、并想使产品快速上市以支持满意的用户经验的手机设计师才会依赖逐步地实现HS USB。

在任何情况下，要想使这样的设计取得成功，设计师必须考虑所选用的开关的 RON 和CON 参数。遵循这些建议可以使他们少花时间在USB连接调试上面，并允许移动手机设计师向市场快速提供HS USB功能。这样用户就