HX3: サイプレスUSB 3.0ハブ コントローラ 相互接続性の高い4ポート ハブHX3で

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1 HX3: サイプレスUSB 3.0ハブ コントローラ 相互接続性の高い4ポート ハブHX3で

2 USB 3.0のメリット USB 3.01はUSB 2.02よりも10倍高速 USB 3.0はUSB 2.0の3分の1の消費電力
USB 2.0では14分かかる25GB高解像度ムービーの転送をわずか70秒で実行 高解像度映像を圧縮することなくストリームが可能 USB 3.0はUSB 2.0の3分の1の消費電力 同じデータ転送にかかる平均的な消費電力はわずか3分の1 Link Power Management3 機能によりシステムのアイドル状態時の消費電力をさらに削減 USB 3.0はUSB 2.0の180%のバス パワー ハードディスク ドライブに十分な4.5WをUSBケーブル経由で提供 USB 2.04 の1.8倍のスピードでポータブル デバイスを充電 USB 3.0は普及し始めている すべての最新PCはUSB 3.0をサポート; 今後テレビやタブレット、スマートフォンでもサポートを開始予定 1,000製品以上がUSB 3.0認定済みで量産出荷中 USB 3.0技術のアドバンテージを次のハブ デザイン に搭載 1 5Gbps SuperSpeed (SS) での動作をサポートするUSBスタンダード —USB 2.0の10倍 2 480Mbps Hi-Speed (HS)、12Mbps Full-Speed (FS) および1.5Mbps Low-Speed (LS) での動作をサポートするUSBスタンダード 3 USB 3.0スタンダードより使用可能な最新の消費電力管理テクニック 4 USB 3.0では900mAで充電; USB 2.0では500mAで充電 3

3 覚えるべき用語 USB 3.0 ホスト、デバイス、ハブ USB 3.0物理層 (PHY)
5Gbpsのスーパースピード (SS) およびレガシーUSB 2.0の両方をサポートするUSB規格 ホスト、デバイス、ハブ ホスト (たとえばPC) はデータの往来を管理し、USBバスを介して電力を分配 デバイス (たとえばハードディスク ドライブ) はUSBバス上の周辺装置 ハブ (たとえばノートPCのドッキング ステーション) はUSBのホストと複数のUSBデバイスとの間のデータの往来を管理 USB 3.0物理層 (PHY) USBデータを送信および受信する回路 SS PHYとUSB 2.0 PHYを含む アップストリーム (US) ポート、ダウンストリーム (DS) ポート ハブのアップストリーム ポートは、ホストまたは別のハブのダウンストリーム ポートに接続 ハブのダウンストリーム ポートは、デバイスまたは別のハブのアップストリーム ポートに接続 USB-IF Battery Charging Specification v1.2 (BC v1.2) USB Implementers Forum (USB-IF) が策定し公開しているモバイルUSBデバイスの充電用の仕様 Accessory Charger Adapter Dock (ACA-Dock) USBデバイス用にDSポートを提供しながら、デバイス (たとえばスマートフォン) を充電するドッキング ステーション Apple Charging Standard iPhone、iPodおよびiPad用のApple社規定のバッテリ充電規格 アップストリーム ポート ダウンストリーム ポート デバイス ホスト ハブ ハブ 4a

4 HX3の用語 Shared Link™ Ghost Charge™ HX3 Blaster Plus™
USB 3.0ポートを有効にして内部1 SSポートと標準USB 2.0ポートに分割させるサイプレス独自の機能 USB 3.0ポート = 5Gbps内部SSポート + 480Mbps標準USB 2.0ポート 4つのUSB 3.0ポート = 4つの内部SSポート + 4つの標準USB 2.0ポート = 合計8つのポート Ghost Charge™ HX3のDSポートで充電ができるようにするサイプレス独自の機能 携帯機器がUSポートに接続されたホスト (たとえばPC) が無くても充電が可能 HX3 サイプレスのUSB-IF認証の4ポートUSB 3.0 ハブ コントローラ Shared LinkとGhost Chargeをサポート すべてのDS ポートにおいてBC v1.2とApple社の充電規格をサポート DSポートごとに専用のトランザクション変換器 (TT) を搭載し、DSポート間でのFS帯域幅の共有が不要 Blaster Plus™ HX3をコンフィギュレーションするためのサイプレスの専用ソフトウェア ツール USBからHX3の外部EEPROMをプログラム 1 内蔵のUSBデバイスへ接続するための露出していない、あるいは埋め込まれているポート 4b

5 エンジニアが直面する課題 USBにおける確実な相互接続性の確保 PCでのUSB 3.0ポートの数は限定 USB 3.0は信号品質が重要な課題
インストールベースの製品は1996年より製造されており、完全に認定された製品に対しても徹底的な相互接続テストの実施は困難 PCでのUSB 3.0ポートの数は限定 ほとんどの新しいPCはUSB 3.0ポートを1または2個のみ搭載し、増加を続けるUSB 3.0周辺装置への対応には不十分 USB 3.0は信号品質が重要な課題 長いPCB配線とケーブルは5GbpsでUSBの信号品質を劇的に劣化 ほとんどのICはこの劣化への補てんができずUSB-IFへの準拠が困難 USB充電は実際には複数規格への対応が必要 USBポートは一般的には充電に使用されるが、多数の異なる充電規格(たとえばApple社の充電規格)への対応が必要 サイプレスのHX3がこれらの課題を解決 HX3はすべてのUSBプラグフェストで試験を繰り返し、既知のホスト コントローラやデバイス クラス、OSのすべてで動作検証済み HX3はShared Linkを使用してUSBポートの数を倍増し、4ポートのハブから8ポートを生成 HX3はUSB準拠を維持しながら、2倍長いPCB配線を駆動 HX3はBC v1.2、Apple充電規格、Ghost ChargeおよびACA-Dockを含み、全ての一般的なUSB充電規格に対応 HX3はユーザーのハブ設計のために魅力的な機能を提供 多数の顧客が、工業設計の要件を満たすためにより長いPCB配線を必要する；多数の顧客が、工業設計の要件を満たすためにより長いPCB配線を必要する USB充電の実装は一般的ではない HX3は6個のホスト、3個のオペレーティング システムおよび74個のデバイスなどとの相互運用が可能 (カスタムファームウェアが更の柔軟性をサポート) 5

6 HX3のShared Linkで 1ポートを 2つにスプリット
Shared Linkを使用してUSBポートの数を2倍に Shared Linkにより各USB3.0のダウンストリーム ポートをSuperSpeed (SS)ポートと標準USB2.0ポートにスプリット 例: Shared Linkにより6個のUSBポートをノートブックに実装 USB 3.0ポートはSS ポートと標準USB 2.0ポートに分割 ノートPCの マザーボード USB 3.0カメラ USB 2.0 WiFiモジュール 標準 USB 2.0ポート SS (内部) 4 USB 2.0 2 USB 3.0 6 PC チップセット USB 3.0ホスト DS4 6 DS1 USB 3.0 内部 SSポート 6 HX3 US 6 DS2 USB 3.0 DS3 USB 3.0 SSRX- SSRX+ SSTX- SSTX+ D- D+ 6 2 USB 2.0 SS (内部) 4 USB 3.0 カード リーダー HX3 USB 3.0ポート HX3のShared Linkは4ポートUSB 3.0ハブから8つのダウンストリーム ポート実装を実現 6a

7 HX3により容易にUSB 3.0に準拠 USB 3.0 PHYのコンフィギュレーションを変更することでUSB 3.0信号品質を向上
TX振幅1 調整: 4段階で信号の減衰を補正して隣接ポート間のクロストークを軽減 ディエンファシス2 の調整: 16段階で歪んだUSB 3.0信号を補完 デフォルトのPHYコンフィギュレーションでのUSB 3.0アイ ダイアグラム TX振幅を20%アップさせた場合のUSB 3.0アイ ダイアグラム アイの高さ = 118 mV アイの高さ = 142 mV 電圧 (V) 0.35 0.175 -0.35 -0.175 -12 16 44 72 100 128 156 184 212 1m単位の間隔 = 0.2ps USB 3.0の仕様での最小の視高は2は100mV -12 16 44 72 100 128 156 184 212 時間 (ps) 時間 (ps) 低いマージンのアイ3 ではUSBコンプライアンスにパスしない 可能性あり 20%以上のマージンがあるアイでUSBコンプライアンスにパス HX3のコンフィギュレーション可能なUSB 3.0 PHYにより容易にUSBコンプライアンスをパス 1 信号転送における最大値でボルト (V) で表現 2 信号転送における低い周波数の成分の減衰値でデシベル (dB) で表現 3 SSのアイの垂直の開きの値でボルト (V) で表現; USB 3.0スペック = 100mV 6b

8 HX3はUSB 2.0の信号品質を向上 USB 2.0の信号品質をHX3の設定可能なUSB 2.0 PHYで向上
TX振幅調整: 4段階でさまざまなPCBトレース長をドライブしたり受信エラーを削減 ハイスピード (HS) スロープ1 調整: 4段階でHSアイの開口部のスルーレートを制御し、アイ開口幅を高くする フォルトのPHYコンフィギュレーションでの USB 2.0アイ ダイアグラム TX振幅10％アップ、HSスロープ1 を8%アップした場合の USB2.0アイ ダイアグラム 0.5 アイの高さ = 410 mV アイの高さ = 550 mV 0.4 0.3 0.2 0.1 HSスロープ HSスロープ 電圧 (V) -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 1.6 2.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 1.6 2.0 時間 (ns) 時間 (ns) 低いマージンのアイ2 ではUSBコンプライアンスをパスしない 可能性あり 34%以上のマージンがあるアイ2 でUSBコンプライアンスをパス HX3のコンフィギュレーション可能なUSB PHYで、より優れたUSB 2.0信号品質を実現 1 ハイスピードPHY出力信号の変化レート 2 HSのアイの垂直の開きの値でボルト (V) で表現; USB 2.0スペック = 350 mV 6c

9 より長いUSB 3.0 PCBトレースを実現 PCのマザーボードは場合によっては6インチを超えるより長いPCBトレースが必要
競合製品が6インチ対応のところを、HX3では最高11インチのトレース長をサポート PCB上にUSB 3.0ハブを配置する際に、HX3は場所を選ばないという高い柔軟性を提供 HX3シリコン検証ボード USB 3.0 アイ ダイアグラム、4.5”トレース アイの高さ = 265 mV1 USB コネクタ 4.5” PCB 10’ ケーブル HX3 6.0” USB 3.0アイ ダイアグラム、7.5”トレース アイの高さ = 265 mV1 10’ ケーブル 7.5” 9.0” USB 3.0アイ ダイアグラム、11.0”トレース アイの高さ = 142 mV1 10’ ケーブル 11.0” HX3は高い信号品質によりPCB設計において高い柔軟性を提供 1 USB 3.0のスペック = 100mV 6d

10 HX3は標準的な充電規格を多くサポート HX3で複数のポータブル デバイスの充電が可能 特別な充電モードを使用
HX3はBC v1.2やYD/T 、Apple Charging Standardをサポート 特別な充電モードを使用 Ghost Charge: ホストがUSBポートと接続されていなくてもポータブル デバイスを充電可能 ACA-Dock: USB On-the-Go2 (OTG) をサポートしているスマートフォンやタブレットを充電 例: Ghost ChargeによりノートPCのドッキング ステーションだけで充電 例: ACA-Dock搭載のタブレット ドッキング ステーション スマートフォンを充電 (HX3 ダウンストリーム ポート) HX3 USBケーブル タブレットを充電 (HX3アップストリーム ポート) ノートPCが非ドッキング USB HDDへの電力 (HX3ダウンストリームポート) HX3 USBケーブル USB HDD ノートブックがドッキングされていなくてもスマートフォンを充電 アップストリームおよびダウンストリーム ポート両方へ電源を供給 1 中華人民共和国工業情報化部が定めるUSB充電規格 2 ホストに接続されている状態でもポータブル デバイスがホストとして機能するためのUSB-IF規格 6e

11 HX3 vs. 他社製品 機能 CYUSB33xx USB553x TUSB8040a1 GL3521 uPD720210 VL811+
DSポートの数 4 & 8 4 & 7 4 BC v1.2 有り Ghost Charge 無し Shared Link Apple Charging ACA–Dockのサポート アクティブ電力 (mW)1 735 1557 999 1687 707 500 予備電源 (mW) 40 49 88 21 20 該当なし オンチップレギュレータ 5 V/3.3 V コンフィギュレーションオプション2 I2Cスレーブ、 I2C EEPROM SMBus スレーブ、SPI EEPROM SMBus スレーブ、 I2C EEPROM SPI EEPROM ISP3 パッケージ/サイズ (mm2) 68-QFN/64 64-QFN/81 81-QFN/100 88-QFN/100 76-QFN/81 14つのSSデバイスがDSポートに接続されたデータ転送付きアクティブ電力　　　2ハブ特定のコンフィギュレーション設定をロードするか、または格納するためのオプション 3 USB経由でHX3に接続されるた外部EEPROMをプログラムするサイプレスのイン システム プログラミング(ISP)機能 7

12 HX3が提供する価値 vs. 他社製品の価値 システムBOM CYUSB3328 USB5537B TUSB8040a1 GL3521
1,000個単位での部品コスト USB 3.0 ハブIC $4.20 $4.90 $3.50 $2.80 4ポートのハブIC = $2.80～$4.90 5V/3.3Vのレギュレータ $0.60 ATF1021A1 = $0.60 外部EEPROM1 $0.12 EEPROMのコストデルタ、16Kb (24LC16B) 対1Kb (24LC01B) = $0.12 機能 Apple Charging2 $0.65 USB充電器IC (TPS2513) = $0.65 LOWアクティブ電力3 $0.10 電圧レギュレータのコストデルタ、4 A (AOZ1024)対3 A (AOZ1021) = $0.10 追加DSポート4 $1.77 USB 2.0ハブIC (USB2514B) = $1.77 長いPCBトレースのサポート5 USB 3.0のリドライバ (PTN36241) = $0.60 ACA-Dockのサポート6 $0.78 リレー (TLP172G) = $0.78 システムの総費用 $4.92 $6.98 $7.90 $6.05 総コスト削減 30% 38% 19% 1 すべてのCYUSB3328のコンフィギュレーション パラメータの格納に16KbのEEPROMが必要; 他社製品では1Kbが必要 2 Apple Chargingへのサポートには外部USB充電器ICが必要 3 1W以上のアクティブ電力を消費するハブICには4Aのレギュレータが必要 4 CYUSB3328またはUSB5537Bがエキストラで提供するUSB 2.0ポートへの対応に追加USB 2.0ハブが必要 5 USB3328の設定可能なPHYは6"以上のPCBトレースに対応; 他社製品ではディスクリートのUSB 3.0のリドライバICが必要 6 ACA-DockによるUSB充電をサポートするために外部リレー回路が必要 19

13 電力供給製品はいかなるUSB スピードにも適用
デバイス ハブ ブリッジ ホスト ストレージ 電源供給 USB 3.0 CYUSB301x FX3 USB 3.0への32ビットのバス ARM9、512KB RAM CYUSB33xx HX3 4ポート、Shared Link™2 BC 1.23、Ghost Charge™4 CYUSB306x CX3 USB 3.0へのCSI-25 4 CSI-25 レーン、1Gbps/レーン CYUSB303x FX3S™ USB 3.0への16ビットのバス RAID8、デュアルSDXC6/eMMC7 USB電源供給 NDAが必要である 営業担当者までお問い合わせ ディスプレイTXブリッジ NDAが必要 営業担当者までお問い合わせ CYUSB302x SD3 USB 3.0へのSDXC6/eMMC7 RAID8 CY7C6801x/53 FX2LP USB 2.0への16ビットのバス 8051、16KB RAM CY7C656x4 HX2VL 4ポート 4トランザクション変換器 CYWB016xBB Bay™ HS USB OTG デュアルSDXC6/eMMC7 CYWB032xABX Arroyo™ USB 2.0への16ビットのバス 8051、SD/eMMC7 USB 2.0 CY7C68003 TX2UL ULPI1 PHY 13、19.2、24、26MHz CY7C656x1 HX2LP 4ポート、工業グレード 1トランザクション変換器 CYWB022xABS Astoria™ USB 2.0への16ビットのバス 8051、デュアル SD/eMMC7 電力供給製品はいかなるUSB スピードにも適用 CY7C6803x NX2LP USB 2.0へのNANDフラッシュ 8051、15KB RAM CY7C683xx AT2LP USB 2.0へのPATA9 8051 USB 1.1 CY7C638xx enCoRe™ II M8C MCU、20個のGPIO SPI、8KBフラッシュ CY7C6521x USBシリアル USBへのUART/SPI/I2C 2つのチャネル、CapSense® SL811HS FS USB ホスト/デバイス 256Byte RAM CY7C64215 enCoRe III M8C MCU、50 GPIOs、ADC I2C/SPI、16KBのフラッシュ CY7C65213 USB-to-UART (世代2) 3Mbps、8個のGPIO CY7C67300 EZ-ホスト 4ポート、FS USB OTG 32 GPIOs CY7C643xx enCoRe V M8C MCU、36 GPIOs、ADC I2C/SPI、16KBのフラッシュ CY7C64225 USB-to-UART (世代1) 230Kbps CY7C67200 EZ-OTG™ 2 ポート、FS USB OTG 25 GPIOs 1 UTMIのLOWピンのインターフェース 2 一つのポートでUSB 2.0と USB 3.0を同時トラフィック 3 Battery Charging Specification rev 1.2 4 ホストの接続無しでUSBを 充電することが可能 5 Camera Serial Interface v2.0 6 SD拡張容量 7 内蔵マルチメディアカード 8 独立したディスクの冗長アレイ 9 Parallel ATA 量産中 サンプリング 新規 開発／コンセプト 10

14 HX3: USB 3.0ハブ アプリケーション ブロック図 機能 資料 供給体制 HX3ハブ 量産中
ノートPCやタブレット用ドッキングステーション PCマザーボード、サーバー デジタル テレビ、モニター リテール ハブ ボックス プリンタ、スキャナー セットトップ ボックス、ホーム ゲートウェイ、ネットワーク ルーター ゲーム コンソール EEPROM HX3ハブ ルーティング ロジック バッファ スーパー スピード ハブ コントローラ リピータ 4x TT1 USB 2.0 ハブ コントローラ MCU I2C 32 16 8 USB 3.0 PHY SS3 PHY USB 2.0 PHY ダウンストリーム ポート 1 4 2 ダウンストリーム ポート 2 ダウンストリーム ポート 3 ダウンストリーム ポート 4 アップストリーム ポート 機能 USB 3.0に準拠した4ポートのハブ コントローラ USB-IF認証 (テストID: ) Windows 7、Window 8、Windows 8.1にWHQL認証 Shared Link™: 同じポートでUSB 2.0とスーパー スピード デバイスを同時にサポート Ghost Charge™: ハブがUSBホストから切断されている間も USB充電が可能 充電標準サポート: USB-IF Battery Charging v1.2 Apple Charging Standard ACA-DockにてOTGホストを充電 USBによる外部EEPROMのプログラミング コンフィギュレーション可能なUSB 3.0 & USB 2.0 PHY 11”トレース 68-QFN (8 x 8 x 1.0 mm)、 88-QFN (10 x 10 x 1.0 mm) 資料 供給体制 データシート: 　　　　　　　HX3データシート アプリケーション ノート: 　　 HX3ハードウェア デザイン ガイド キット: 　　　　　　　CY4609、CY4603、CY4613 コンフィギュレーションユーティリティ:　　Blaster Plus2 量産中 1 トランザクション変換器 2 HX3コンフィギュレーション パラメータの設計を行うサイプレスGUIベースPCアプリケーション 3 スーパー スピード 11

15 評価にあたって 製品資料やビデオはHX3のホームページを参照 HX3 ハードウェア デザイン ガイドをダウンロード
Blaster Plus コンフィギュレーション ユーティリティをダウンロード 対象のアプリケーションに合わせてCY4609($69) または CY4603($99)、CY4613($129)キットから選択して 購入 12

16 付録 15

17 HX3製品セレクタ ガイド HX3型番 # DS ポート #SharedLinkポート Ghost Charge BC v1.2
ACA- ドック ポート 電力 温度 パッケージ CYUSB LTXC 2 有り 無し 連動 0～70°C 68-QFN CYUSB LTXC 4 CYUSB LTXC 個別 88-QFN CYUSB LTXC CYUSB LTXC 6 CYUSB LTXC 8 CYUSB LTXI -40～85°C CYUSB LTXI CYUSB LTXI HX3型番デコーダー CY USB 33XX XX LTX X 温度範囲： I = 工業用又はC = 商業 パッケージ タイプ: QFN ピンの番号: 68もしくは88 製品の種類: 33XX = USB 3.0 ハブ コントローラ マーケティング コード: USB = USB コントローラ 会社ID：CY=サイプレス 16a

18 HX3評価キット 対象アプリケーションに適した評価を行えるHX3キットを選択 機能 CY4609 CY4603 CY4613 HX3型番
CYUSB LTXC CYUSB LTXC CYUSB LTXC BC v1.2 有り Ghost Charge Shared Link 無し ACA-Dock DS ポート電力 連動1 個別2 価格 $69.99 $99.99 $124.99 タイトル及びテキストレイアウト付きテキストバックグラウンドを使用 1 ハブはすべてのDSポートの電力をグループとして制御 2 ハブはDSポートごとに電力を制御 16b

19 HX3参考資料およびリンク 製品のウェブページ: データシート: HX3 USB 3.0のハブコントローラ アプリケーション ノート: HX3 ハードウェア設計ガイド ビデオ: HX3の共有リンク HX3 ACA-Dock機能 CYUSB3304用のDVKと回路図: CY4609 CYUSB3314用のDVKと回路図: CY4603 CYUSB3328用のDVKと回路図: CY4613 Windows用のコンフィギュレーション ユーティリティ: Blaster Plus USB-IFとWHQL認定レポート: HX3認定レポート 相互運用性に関するレポート: HX3相互運用性レポート 知識ベース: HX3の知識ベース記事 ロードマップ: サイプレスのUSBロードマップ 詳細は までお問い合わせ 18