USB4.0的接收容限测试
对于USB4.0的接收端来说,主要进行的是接收容限测试,用于验证接收端在压力信号(StressedElectricalSignal)下的表现。具体的测试项目包括压力信号的误码率测试(BER)、突发误码率测试(MultiError-Burst)、频率偏差(FrequencyVariations)、回波损耗(ReturnLoss)等。
误码率的测试要在压力信号下进行,因此需要先用高速误码仪的码型发生器产生带预加重、正弦抖动(PJ)、随机抖动(RJ)、扩频时钟(SSC)、共模噪声(ACCM)的信号,并用高带宽示波器进行压力信号校准。校准完成后再把压力信号注入被测件,在不同的正弦抖动幅度和频率下进行误码率测试。在USB4.0的接收容限测试中,需要做两种场景的测试:Casel的测试中没有插入USB电缆,模拟链路损耗小的情况;Case2的测试中要插入2m USB2.0信号质量测试中的测试模式设置?智能化多端口矩阵测试USB测试安装
USB4.0的发送端信号质量测试
在 发 送 端 测 试 中 , 需 要 用 U S B 4 . 0 的 测 试 夹 具 在 T P 2 点 ( 即 T y p e - C 的 输 出 接 口 ) 把 被 测 信 号 引 出 , 并 接 入 示 波 器 测 试 , 测 试 中 示 波 器 会 通 过 软 件 嵌 入 传 输 通 道 ( 对 G e n 2 速 率 是 嵌 入 2 m 电 缆 , 对 G e n 3 速 率 是 嵌 入 0 . 8 m 电 缆 ) 的 影 响 , 并 用 模 仿 接 收 端 的 均 衡 器 对 信 号 均 衡 后 再 进 行 眼 图 相 关 参 数 的 测 试 。 U S B 4 . 0 的 数 据 速 率 很 高 , 对 于 G e n 2 速 率 的 主 机 和 外 设 测 试 来 说 , 测 试 规 范 建 议 使 用 至 少 1 6 G H z 带 宽 的 示 波 器 ; 对 于 G e n 3 速 率 的 主 机 和 外 设 测 试 来 说 , 测 试 规 范 建 议 使 用 至 少 2 1 G H z 带 宽 的 示 波 器 。 图 3 . 3 2 是 典 型 U S B 4 . 0 的 发 送 端 信 号 质 量 测 试 环 境 , 测 试 中 通 过 测 试 夹 具 连 接 被 测 件 和 示 波 器 , 并 通 过 U S B 4 的 控 制 器 控 制 被测件发出不同的预加重的测试码型 。 智能化多端口矩阵测试USB测试安装USB3.0的信号质量测试报告;
USB3.x的测试码型和LFPS信号在测试过程中,根据不同的测试项目,被测件需要能够发出不同的测试码型,如表3.2所示。比如CPO和CP9是随机的码流,在眼图和总体抖动(TJ)的测试项目中就需要被测件发出这样的码型;而CP1和CP10是类似时钟一样跳变的数据码流,可以用于扩频时钟SSC以及随机抖动(RJ)的测试。还有一些码型可以用于预加重等项目的测试,供用户调试使用。
根据USB3 . 1 的LTSSM(Link Training and Status State Machine)状态机的定义( 图3. 8), 在通过上下拉电阻检测到对端的50Ω负载端接后,被测件就进入Polling(协商)阶段。在这 个阶段,被测件会先发出Polling.LFPS的码型和对端协商(LFPS的测试,后面我们还会提 到),如果对端有正常回应,就可以继续协商直至进入Uo的正常工作状态;但如果对端没 有回应(比如连接示波器做测试时),则被测件内部的状态机就会超时并进入一致性测试模 式(Compliance Mode ),在这种模式下被测件可以发出不同的测试码型以进行信号质量的 一致性测试
USB3.0、USB3.1、USB3.2、USB4.0每一代的数据速率都有非 常大的提升。需要注意的是,在USB3.1规范推出后,之前USB3.0中定义的5Gbps速被称为Genl速率,新定义的10Gbps被称为Gen2速率。而在2019年发布的USB4.0规范中,新增的20Gbps速率被称为Gen3速率。
USB3.0和之后的标准都采用了双总线架构(图3.1),即在USB2.0的基础上增加了超高速总线部分。超高速总线的信号速率达到5Gbps、10Gbps甚至20Gbps,采用全双工方式工作。以PC上普遍使用的Type-A连接器为例,为了支持更高速率的信号传输,就在原有USB2.0的4根线(Vbus、Gnd、D+、D-)基础上新增加了5根信号线,包括2对差分线和1根屏蔽地线(如果是Type-C连接器则增加更多)。原来的4根线完全兼容原来的USB2.0设备;新增的这两对差分线采用全双工作模式,一对线负责发送,另一对线负责接收,发送和接收都可实现5Gbps或以上速率的数据传输。
克劳德高速数字信号测试实验室地址:深圳市南山区南头街道中祥路8号君翔达大厦A栋2楼H区 USB3.0连接器的阻抗测试;
根据应用场景的不同,这个“Long Channel”的定义也不同。比如对于 A型接口5Gbps速率的主机的测试,它模拟的是3m长电缆+5英寸PCB走线的影响;对 于B型接口外设的测试,它模拟的是3m长电缆+11英寸PCB走线的影响。因此,USB3.x 的信号质量测试中,5Gbps速率下不同设备类型或者接口类型下嵌入的参考通道模型可能 不一样,测试结果也就可能不一样。但对于10Gbps信号来说,由于USB协会定义的主机 和外设端允许的通道损耗是对称的(都是8.5dB),所以对于主机和外设的测试来说,其嵌入 的通道模型就是一样的。USB3.0一致性测试环境;多端口矩阵测试USB测试检查
USB2.0一致性测试环境;示波器、测试软件、夹具;智能化多端口矩阵测试USB测试安装
USB测试
由 于 U S B 4 . 0 的 发 送 端 和 接 收 端 非 常 复 杂 , 且 要 根 据 实 际 链 路 质 量 进 行 协 商 和 调 整 。 为 了 方 便 进 行 链 路 协 商 的 信 息 交 互 , U S B 4 . 0 还 提 供 了 额 外 的 边 带 通 道 ( S i d e b a n d C h a n n e l ) 。 边 带 通 道 借 助 于T y p e - C接 口 的S B U 1 和 S B U 2 信 号 , 并 重 新 定 义 成 S B T X 和 S B R X , 用 这 两 个 引 脚 实 现 双 向 的 信 息 交 互 。 边 带 通 道 上 传 输 的 是 1 M b p s 数 据 速 率 的 低 速 信 号 , 可 以 用 来 进 行 链 路 上 设 备 和 R e t i m e r 的 管 理 , 包 括 链 路 初 始 化 、 链 路 使 能 、 断 开 连 接 、 休眠管理 、 链路均衡等 。
克劳德高速数字信号测试实验室
地址:深圳市南山区南头街道中祥路8号君翔达大厦A栋2楼H区 智能化多端口矩阵测试USB测试安装
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