最新的USB標準即USB 3.2，將資料傳輸頻寬提高到單通道10Gbps。USB 3.2的Super Speed USB Gen2規範提供了改進的資料編碼和功效，它的速度是第一代標準(5Gbps)的兩倍。USB Type-C也稱USB-C，它支援最新的USB 3.2標準。全功能的USB Type-C電纜USB 3.2 Gen2標準下可支援高達10Gbps的資料傳輸速率，以及在DisplayPort v1.4標準下高達8.1Gbps/通道和多達4通道的顯示資料傳輸速率。
透過電纜或印刷電路板(PCB)路徑傳輸高速資料會顯著衰減和失真訊號，這個問題的解決方案就是使用重計時器。重計時器會過濾掉傳入時的抖動，同時保持符合所有功能用途的序列介面規範。其支援多種產業標準：USB 3.2規範、USB Type-C規範、VESA DisplayPort 1.4a和DisplayPort轉USB-C。重計時器是協定感知的，協定層在每個鏈路段獨立處理鏈路調訓(圖1)。
圖1 重計時器架構
接收器(Rx)上的類比位元流被轉換為數位位元流。所有來自原始輸入位元流的類比資訊都被刪除(即抖動、反傾斜等)。在重新傳輸之前，數位位元被鎖存/分段在彈性緩衝器中。它使用本地專用的輸入參考時脈和鎖相環。原始的位元流會被重新創建，在每個鏈路段都有一個理想的模擬剖面：反傾斜、發射器(Tx) FFE等。
重計時器遵從性/體系結構
USB 3.2規範對USB資料的標準內的使用重計時器是非常清晰的。USB 3.2 App E進一步闡明了支援10G和5G的兩種重計時器的實現分別是獨立參考時脈SSC(SRIS)和BLR。重計時器的架構和設計將決定是否在第1代(5G)或第一代和第二代(分別為5G和10G)實現其延續性。10G主動重計時器解決方案的USB-C也支援5G。
如圖2所示，這是為USB Gen2操作定義的架構，並且具有實體層協定感知以及軟體透明擴展設備，創建兩個獨立的電子鏈路段。如圖3所示，此架構實現了一個使用一個本地時脈作為Tx的輸入時脈，且完全獨立於Rx時脈，包括SSC的獨立參考時脈架構。
圖2 為USB Gen2操作定義的電子鏈路段
圖3 以本地時鐘作為發射機之輸入時鐘
BLR只適用於USB Gen1的操作，並且具有一個實體層協定感知和軟體透明擴展設備，創建兩個獨立的電子鏈路段。如圖4所示，其所實現的是恢復時脈架構。而如圖5所示，其所使用的是從輸入資料流程中恢復的時脈作為Tx的輸入時脈，與Rx時脈相同。
圖4 適用於USB Gen1的電子鏈路段
圖5 以恢復時鐘作為發射機的輸入時終
BLR架構只針對5G進行設計的標準規範，而非10G。主機和設備上的Rx物理量不是為第2代BLR操作而設計的，10G的BLR時脈開關機制沒有實現，也沒有測試。因此，當級聯多個重計時器(兩個或多個)時，不能保證第二代BLR的抖動傳輸的特性。主機將暴露在沒有為10G設計、類比或測試的設備中，因此無法預測BLR的行為。在USB規範和CTS中，第二代10G操作需要SRIS架構，因為在BLR中恢復的時脈傳輸產生了太多的抖動。
級聯拓撲重計時器性能表現
隨著桌面PC和擴展塢，或者VR頭戴設備之間對影像和資料速率的要求越來越高，通過路徑中的一系列活動元件連接源和設備的使用變得越來越常見。在這種情況下，重計時器為性能和訊號完整性提供了最佳的選擇。
USB 3規範明確指出了可支援調用最多四個串聯的重計時器。支援DisplayPort標準的重計時器功能包括Transparent(LTTPR)Mode。其支援VESA DisplayPort 1.4a規範，並允許級聯四個或更多的重計時器。
重計時器體系結構的一個固有的優點在於：它能夠在其接收器上恢復訊號，從類比域轉換到數位域，並使用專用的本地參考時脈在輸出介面上重新傳輸。這種方法完全消除了輸入訊號中的抖動。當重計時器設備級聯(Cascade)時，每個階段的抖動將被移除，因此不會有抖動的累積。抖動累積直接影響當在接收器處的時候睜開眼界，會導致在通道效果不佳的後果。
圖6為當處於低抖動並且最大開眼度的眼圖。圖7則顯示了一個帶有過多抖動的眼圖，而抖動又會影響眼睛的打開。重計時器會清除每個級聯設備接收器上的抖動；因此，消除抖動累積並使眼睛最大化的睜開。
圖6 處於低抖動、最大開眼度的眼圖
圖7 帶有過多抖動的眼圖
重計時器應用實例
在桌上型電腦和筆記型電腦系統上的實例中，系統中的USB-C埠可以只是資料埠也可以是全功能埠：一個僅支援USB 3的資料埠，另一個全功能埠是指同時可支援影像與資料的埠。為了保證USB-C連接器輸出純淨的訊號，可在USB 3源和連接器之間放置一個USB 3重計時器，該計時器獨立於USB-C功能。舉例來說，可將重計時器放置在USB-C連接器附近。重計時器可恢復由PCB通道特性造成的全部插入損耗，最高可達23dB。提供一個純淨的USB 3訊號在輸出的USB-C連接器與整個USB預算可用的外部設備，並完全符合USB 3規範。
USB-C埠僅支援資料傳輸
圖8、圖9是USB-C埠僅支援資料傳輸的兩個實現示例。圖8顯示了一個典型的完全支援PD 3.0的USB-C埠實現。在這種情況下，PCH/IO Hub或類似的設備以10Gbps的速率提供USB 3資料傳輸。PD 3.0控制器可以協商功率輸送要求並檢測電纜方向。
圖8 典型完全支援PD 3.0的USB-C埠示例
圖9 內置CC檢測邏輯的重計時器設備
而對於基本的USB資料應用，則不需要完整版本的PD控制器。在這種情況下，電力傳輸是固定的，通常為15W，唯一的要求是電纜方向檢測。圖9顯示了一個內置CC檢測邏輯的重計時器設備，CC檢測邏輯可以從外部設備識別電纜的方向。
全功能USB-C埠
圖10、圖11展示了一個全功能USB-C埠的兩個實現示例。一個功能齊全的USB埠可以支援以下模式：僅傳輸影像、僅傳輸資料，或者是影像資料的傳輸。圖10展示了一個具有獨立的影像和資料輸出系統。影像介面為4路顯示埠且速率為8.1Gbps。資料介面為單通道的USB 3且速率為10Gbps。對於這個示例，重計時器設備還實現了一個6×4 mux to介面到DisplayPort和USB 3輸入介面，並提供USB-C輸出。
圖10 具有獨立的影像和資料輸出系統
圖11 使用雙向4x4重計時器設備直接連接到在源中的整合式USB-C mux
對於整合式USB-C mux的電腦系統，不再需要外部的6×4 mux。如圖11的示例中，使用雙向4×4重計時器設備直接連接到在源中的整合式USB-C mux。而應用於筆記型和桌上型電腦的下一代10Gbps速率的重計時器需要具備4個重計時器菊花式鏈路，並且要完全符合最新的USB 3.2附錄E的要求，並對USB 3.1 Gen 2 10Gbps的23dB通道損耗進行損失補償，同時滿足USB 3.2 CTS互通性測試的要求。
電纜內之重計時器
重計時器可以直接放置在電纜內，可以獲得更長更可靠的高速連接。當在連接器的底盤處或連接器外殼上放置一個重計時器時，可使用較薄規格的電纜和較長的電纜。
重計時器在的主動電纜兩端恢復和恢復高速訊號。這使得低成本的電纜解決方案可以滿足高速顯示埠和USB 3.2訊號的性能和相容性要求(圖12)。
圖12 全功能的USB電纜示例
重計時器在2公尺甚至是長至5公尺的主動電纜兩端末尾可彌補和恢復高速訊號。這使得低成本的電纜解決方案能夠滿足高速顯示埠和USB 3.2訊號的性能並符合要求。
智慧型手機中之重計時器
高階智慧手機連接至擴展塢和外部顯示裝置(如電視、VR頭戴顯示器等)是需要USB-C介面的重計時器。當將智慧手機連接到4K電視進行直接播放流媒體時，重計時器將驅動4K影像內容。
當連接到一個使用USB 3攝像頭且平均解析度為4K×2K @90Hz的VR頭戴顯示器時，需要為快速資料傳輸提供一個併發的DisplayPort和USB 3支援：同步10Gbps高速USB 3.1，以及大資料傳輸的VR前置鏡頭。
當連接到USB-C擴展塢或Dongle時，需要超過5G USB 3.1或傳統HDMI影像支援的快速USB傳輸。
隨著智慧手機向10Gbps USB-C需求的轉移，重計時器可通過USB-C實現對於在靈活的移動系統板中保持訊號完整性，以及在資料同步、擴展塢和有線移動VR等較長電纜連線應用中即將推出的應用處理器的高頻寬資料和影像傳輸來說都是必不可少的。
(本文作者為Analogix產品行銷總監)