USB3.0的测试难点与物理层测试探讨

2015-03-23 09:53:56   来源:eechina   

关键字: USB3  测试难点  物理层测试

2002年Intel将USB2.0端口整合到计算机南桥芯片ICH4上的举动,推动了USB2.0的普及。USB2.0版本支持三种速率:高速 480Mbps、全速12Mbps以及低速1.5Mbps。随着电子行业的快速发展,480Mbps对于蓝光DVD、高清视频、TB级别大容量硬盘的数据传输而言已经稍显不足,于是在2008年11月,HP、Intel、微软、NEC、ST-NXP、TI等公司联合起来正式发布了USB3.0的V1.0规范。USB3.0又称为SuperSpeed USB,比特率高达5Gbps,如图1所示,使用USB2.0拷贝25GB的文件需要14分钟,3.0却只需70秒左右,而25GB恰好是单面单层蓝光光盘的容量。USB3.0预计将在2011年逐步在计算机和消费电子产品中亮相,因此目前就USB 3.0的测试问题展开讨论十分必要。本文在介绍USB 3.0测试难点以及力科解决方案的同时,也将就USB3.0的物理层测试内容进行重点讨论。

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图1:USB2.0与USB3.0的速度对比

USB3.0 的测试难点

目前在USB3.0的物理层测试中主要存在以下难点:

1. 发送端(TX)的全部测试需要不同的兼容性测试码型(全部测试需要CP0/CP1/CP7/CP8),而对于USB3.0的板级开发工程师来说,去配置 PUT发送出不同的测试码型比较困难;

2. 接收端(RX)的测试需要让待测试产品(PUT)进入环回(Loopback)模式,而板级开发工程师很难让PUT的芯片进入环回模式来测试其误码和抖动容限;

3. TX和RX都是兼容性测试的必测项目,但是目前的测试方案需要多台仪器,TX和RX的测试结果分别出现在两台仪器上,生成两个独立的测试报告,测试的配置和操作过程非常复杂,完成全部项目测量需要很长时间。

解决上述难点,可以考虑采用力科最新的USB3.0物理层测试方案。图 8、9即为力科USB3.0的解决方案示意图,测试仪器和附件由带宽13GHz以上的示波器、PeRT3、RF Switch、USB3.0测试夹具等组成。

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图8:USB3.0的全自动测试原理示意图

在TX测试时,信号的传输链路如图8的上半部分所示,力科示波器通过USB电缆控制PeRT3,PeRT3通过同轴电缆向PUT的RX端发送Ping.LFPS,PUT的TX连接到示波器的通道。PeRT每发送一次 Ping.LFPS,则PUT的TX发送的码型在CP0到CP8之间切换一次(比如从CP0变为CP1,或从CP8变为CP0),这样就无需测试人员去配置PUT发送不同的测试码型。通过PeRT3,力科的QualiPHY软件会自动控制PUT发送不同的测试码型,完成TX的所有测试。

在RX测试时,示波器通过GPIB接口控制RF Switch切换到另一链路,如图8下部分所示,PeRT3的码型发生器输出的加入抖动的信号先通过Compliance Test Channel(由Intel的11英寸背板和3米USB3.0电缆组成),然后连接到USB3夹具,进入PUT的RX端,PUT的TX端通过夹具,把信号发送给PeRT3的Error Dector端。

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图2:力科的USB3.0测试夹具

由于示波器通过USB电缆控制PeRT并读取PeRT的测试结果,并通过GPIB控制RF Switch在链路间自动切换,因此USB3.0的TX和RX测试完全实现自动化,无需人工干预,操作步骤非常简单,节省了测试时间。

USB3.0 物理层测试内容

本文以力科最新版本的一致性测试软件QualiPHY-USB3对USB 3.0的物理层测试内容进行分析。该软件根据2009年11月发布的USB3.0的电气兼容性测试规范Rev0.9版本开发,安装在示波器上,示波器通过 USB电缆连接到PeRT3,使用USB与PeRT3进行通信,在测试中,QualiPHY软件可以控制PeRT3发送特定的信号,或从PeRT3中读取 RX测试结果,这样只需QualiPHY软件即可完成TX和RX的所有测试。在QualiPHY-USB3测试软件中,包括了以下测试项目:

LFPS(Low Frequency Periodic Signaling)信号测量

测量Polling.LFPS信令的电压和时间参数,这在 USB3.0规范CTS Rev0.9中是必测项目。测试方法为:待测试产品(PUT)的端口上插入USB3.0夹具,夹具上的TX端通过同轴电缆连接到示波器的两个通道,将 PUT上电后,PUT会发送出Polling.LFPS信令,示波器捕获后测量其水平或垂直参数。如图3所示为LFPS的信号特征。在力科一致性测试软件中会分析脉冲的上升、下降时间、周期、占空比、峰峰值、共模电压,以及脉冲串的突发持续时间(tBurst)和重复时间(tRepeat)。

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图3:LFPS信号的波形

SSC(Spread Spectrum Clock)展频测量

SSC经常使用在计算机主板的电路上,用于减小电磁辐射。在USB3.0中,需要测试扩频时钟的调制频率(SSC Modulate Rate)、频偏最大值(SSC Deviation Max)和频偏最小值(SSC Deviation Min),测试时PUT发送出CP1码型的数据流(CP是Compliance Pattern的简写,在USB3的物理层测试中,各项测试需要不同的测试码型),CP1码型为D10.2,即0101连续跳变的码型,相当于频率 2.5GHz的时钟,规范要求扩频时钟的调制频率为30-33KHz之间,频偏最小值在+/-300ppm之间,频偏最大值在-5300ppm到 -3700ppm之间。图4为力科示波器测量扩频时钟的结果。SSC在CTS Rev0.9中是必测项目,跟USB3.0芯片输入时钟紧密相关,如果输入时钟的SSC不符合要求,通常USB3.0输出信号的SSC也无法通过测试。

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图4:扩频时钟测试结果 

抖动与眼图测量

在USB3.0的TX眼图和抖动测试中,测量的是待测试信号经过参考测试信道后TP1点的眼图和抖动。如图5中的Reference test channel即为参考测试信道,在规范中定义了long channel、short channel和3米电缆三种参考测试信道。如果使用long channel或者较长电缆,信号到达接收端时衰减比较大,眼图已经闭合,USB3.0芯片接收端使用了CTLE均衡器对信号进行均衡后,信号眼图的质量将大大改善,所以要求测试仪器分析出CTLE均衡器处理后信号的眼图和抖动。目前业界常用的是Intel的11英寸背板和3米USB电缆作为参考信道。
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0323/article_11119.html
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