測試服務(wù)USB測試協(xié)議測試方法

自1995年USB1 .0 的規(guī)范發(fā)布以來， USB(Universal Serial Bus)接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過了20多  年的持續(xù)發(fā)展和更新，已經(jīng)成為PC和外設(shè)連接使用的接口。USB歷經(jīng)了多年的發(fā) 展，從代的USB1 .0低速(Low Speed) 、USB1 . 1全速(Full Speed)標(biāo)準(zhǔn)，逐漸演進(jìn)到第 2代的USB2 .0高速(High Speed)標(biāo)準(zhǔn)和第3代的USB3 .0超高速(Super Speed)標(biāo)準(zhǔn)。這   些標(biāo)準(zhǔn)目前都已經(jīng)得到的應(yīng)用。

后來，為了應(yīng)對eSATA 、ThunderBolt等標(biāo)準(zhǔn)對USB標(biāo)準(zhǔn)的威脅， USB協(xié)會(huì)又分別在  2013年和2017年發(fā)布了USB3. 1及USB3.2的標(biāo)準(zhǔn)。在USB3. 1標(biāo)準(zhǔn)中新定義了10Gbps 速率以及對Type-C接口的支持；在USB3.2標(biāo)準(zhǔn)中，又基于Type-C接口提供了對X2模 式的支持，可以通過收發(fā)方向各捆綁2條10Gbps的鏈路實(shí)現(xiàn)20Gbps的數(shù)據(jù)傳輸。而新 的USB4.0標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2019年發(fā)布，可以通過捆綁2條20Gbps的鏈路實(shí)現(xiàn)40Gbps的接 口速率。表3. 1是USB各代總線的技術(shù)對比。

克勞德高速數(shù)字信號(hào)測試實(shí)驗(yàn)室

地    址： 深圳市南山區(qū)南頭街道中祥路8號(hào)君翔達(dá)大廈A棟2樓H區(qū) USB3.0信號(hào)測試軟件物理層接收端的測試方法；測試服務(wù)USB測試協(xié)議測試方法

USB2.0技術(shù)已被的市場接受，它將資料處理速率提升了40倍。資料處理量的增加為許多新型產(chǎn)品打開新天地，包括全動(dòng)態(tài)視訊至輔助性的、只有錢包大小的硬盤機(jī)。但是，隨著資料速率的急速升高，也出現(xiàn)了新的測試和量測方面的挑戰(zhàn)。

資料速率增加40倍后雖然帶來了許多好處，但也給USB2.0兼容性裝置供應(yīng)商帶來了各種新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。特別是在訊號(hào)品質(zhì)問題方面，如電路板的布局、抖動(dòng)、上升和下降時(shí)間、電磁場干擾、噪聲，和接地噪聲等，都已成為需待解決的設(shè)計(jì)問題。保持訊號(hào)質(zhì)量是保證USB2.0裝置合乎規(guī)格，并獲得USB2.0「認(rèn)證」標(biāo)志的關(guān)鍵之一。訊號(hào)質(zhì)量測試包括:?眼圖測試?信號(hào)速率?數(shù)據(jù)包結(jié)束寬度?交叉電壓范圍（適用于低速和全速）?JK抖動(dòng)?KJ抖動(dòng)?連續(xù)抖動(dòng)?單調(diào)測試（適用于高速）?漲落時(shí)間 測試服務(wù)USB測試協(xié)議測試方法USB2.0外設(shè)的高速信號(hào)質(zhì)量測試項(xiàng)目的連接；

USB電纜/連接器測試和USB2.0相比，USB3.0及以上產(chǎn)品的信號(hào)帶寬高出很多，電纜、連接器和信號(hào)傳輸路徑驗(yàn)證變得更加重要。圖3.39是規(guī)范中對支持10Gbps信號(hào)的Type-C電纜的插入損耗(InsertionLoss)和回波損耗(ReturnLoss)的要求。

很多高速傳輸電纜的插損和反射是用頻域的S參數(shù)的形式描述的，頻域傳輸參數(shù)的測 試標(biāo)準(zhǔn)是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)。另外，對于電纜來說還有一些時(shí)域參數(shù)，如差分阻抗和 不對稱偏差(Skew)等也必須符合規(guī)范要求，這兩個(gè)參數(shù)通常是用TDR/TDT來測量。目前 很多VNA已經(jīng)可以通過增加時(shí)域TDR選件(對頻域測試參數(shù)進(jìn)行反FFT變換實(shí)現(xiàn))的方 式實(shí)現(xiàn)TDR/TDT功能。另外，USB Type-C電纜上要測試的線對數(shù)量很多，通過模塊化的 設(shè)計(jì)，VNA可以在一個(gè)機(jī)箱里支持多達(dá)32個(gè)端口，因此所有差分電纜/連接器的測試項(xiàng)目 都可以通過一 臺(tái)多端口的VNA來完成。圖3.40是用多端口的VNA配合測試夾具進(jìn)行 Type-C 的USB 電纜測試的例子。

由于數(shù)據(jù)速率提升，能夠支持的電纜長度也會(huì)縮短。比如USB2.0電纜長度能夠達(dá)到5m,USB3.0接口支持的電纜長度在5Gbps速率下可以達(dá)到3m,USB3.1在10Gbps速率下如果不采用特殊的有源電纜技術(shù)只能達(dá)到1m。USB4.0標(biāo)準(zhǔn)中通過提升芯片性能，在10Gbps速率下可以支持2m的電纜傳輸，而在20Gbps速率下也能支持0.8m的無源電纜。隨著新的更高速率接口的產(chǎn)生，原有的USB連接器技術(shù)也在不斷改進(jìn)。圖3.2是一些類型的USB2.0和USB3.0連接器類型。其中，Type-C是隨著USB3.x標(biāo)準(zhǔn)推出的新型高性能連接器，也可以向下兼容提供USB2.0的連接。

對于不同類型連接器的主機(jī)、設(shè)備、電纜來說，其傳輸通道損耗的要求也不一樣。圖3.3 是USB3. 1標(biāo)準(zhǔn)中各種速率和接口類型組合對于鏈路損耗的要求(損耗值對應(yīng)的是Nyquist 頻點(diǎn)，即信號(hào)數(shù)據(jù)速率的1/2頻率處),在具體電路設(shè)計(jì)和測試中可以參考。 USB4.0一致性測試環(huán)境；示波器、測試軟件、夾具；

USB3.x的測試碼型和LFPS信號(hào)在測試過程中，根據(jù)不同的測試項(xiàng)目，被測件需要能夠發(fā)出不同的測試碼型，如表3.2所示。比如CPO和CP9是隨機(jī)的碼流，在眼圖和總體抖動(dòng)(TJ)的測試項(xiàng)目中就需要被測件發(fā)出這樣的碼型；而CP1和CP10是類似時(shí)鐘一樣跳變的數(shù)據(jù)碼流，可以用于擴(kuò)頻時(shí)鐘SSC以及隨機(jī)抖動(dòng)(RJ)的測試。還有一些碼型可以用于預(yù)加重等項(xiàng)目的測試，供用戶調(diào)試使用。

根據(jù)USB3 . 1 的LTSSM(Link Training and Status State Machine)狀態(tài)機(jī)的定義( 圖3. 8),  在通過上下拉電阻檢測到對端的50Ω負(fù)載端接后，被測件就進(jìn)入Polling(協(xié)商)階段。在這 個(gè)階段，被測件會(huì)先發(fā)出Polling.LFPS的碼型和對端協(xié)商(LFPS的測試，后面我們還會(huì)提 到),如果對端有正?；貞?yīng)，就可以繼續(xù)協(xié)商直至進(jìn)入U(xiǎn)o的正常工作狀態(tài)；但如果對端沒 有回應(yīng)(比如連接示波器做測試時(shí)),則被測件內(nèi)部的狀態(tài)機(jī)就會(huì)超時(shí)并進(jìn)入一致性測試模 式(Compliance Mode ),在這種模式下被測件可以發(fā)出不同的測試碼型以進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量的 一致性測試 USB3.0的總線架構(gòu)展示？測試服務(wù)USB測試協(xié)議測試方法

USB2.0一致性測試環(huán)境；測試服務(wù)USB測試協(xié)議測試方法

需要 指出的是在 TP3(Case 2) 遠(yuǎn)端 校準(zhǔn)時(shí)，   除了 Type-C cable 外， 還 需要 ISI boards，   利用 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 實(shí)測，   保 證 ISI boards+Type-C cable+Test fixture 整個(gè)測試鏈路的插入損耗滿足 18-19 dB at 5GHz for Gen 2 (10Gbps) 和 16-17 dB at 10GHz for Gen 3 (20Gbps) 的要求。

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