安徽USB测试系列

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 示波器里的USB协议触发条件；安徽USB测试系列

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 安徽USB测试系列USB4.0一致性测试环境；示波器、测试软件、夹具；

另外，由于5Gbps或10Gbps的信号经过长电缆和PCB传输以后有可能眼图就无法张开了，所以在芯片接收端内部会提供CTLE(连续时间线性均衡)功能以补偿高频损耗，因此测试时示波器的测试软件也要能支持CTLE才能模拟出接收端对信号均衡以后的真实的结果。图3.6是在USB3.2的规范中，分别对于Genl的5Gbps信号和Gen2的10Gbps信号CTLE的均衡器的定义。

以下是USB3.x的信号测试方法相对于USB2.0的区别：

(1)示波器的测试点在一致性电缆(compliancecable)和一致性电路板(complianceboard)之后。而以前的测试是在发送端的连接器处(如USB2.0)。

(2)后处理需要使用CTLE均衡器，在均衡器后观察和分析眼图及其参数。

(3)需要连续测量1M个UI(比特间隔)。

(4)需要计算基于1.0×10-12误码率的DJ、RJ和TJ。

USB4.0 标准定义了非常详细、复杂的发送端测试要求，需要对每 个 Type-C 口、每一条 lane、每一种速率下信号做 Preset Calibration、 Equalization Calibration； 然 后以次为基础，  测试所有抖动 (TJ/UDJ/ DDJ/LPUDJ/DCD)、眼图、上升时间 / 下降时间、  SSC 等指标； 并 且每一个测试都伴随着测试码型的切换。。。如果用手动方式，  做 一次完整的测试，  这几乎是不可能的任务。是德科技 D9040USBC 一致性测试软件完美地解决了整个问题。如下所示，可以将示波 器作为控制 PC，  USB-IF 的 USB4ETT 软件安装在示波器上，  USB4.0 Microcontroller 也连在示波器上。这样 D9040USBC 软件就可以利用 USB4ETT command line interface，通过 USB4.0 Microcontroller 在捕获 / 分析完所需的信号后，  控制被测体产生下一个测试项目所需的测 试码型。从而形成一个闭环的全自动化测试解决方案USB3.0电缆、连接器测试；

为了模拟传输通道对信号的影响，USB协会提供了相应的测试夹具。每套测试夹具由 很多块组成，可以模拟相应的PCB走线并在中间插入测试电缆。这些测试夹具通过组合可 以进行发送信号质量的测试，也可以进行接收容限的测试，或者进行接收容限测试前的校 准。图3 .4是USB协会提供的针对10Gbps的A型接口主机及Micro-B型接口外设的测 试夹具。

除了使用真实的测试夹具和电缆来模拟传输通道对信号的影响外，实际测试中还可以 用示波器的S参数嵌入功能来模拟加入传输通道影响，这样可以简化测试连接，也避免了 夹具反复插拔造成的特性变化。图3.5是使用夹具直接引出信号，并通过示波器中的S参 数嵌入功能进行通道嵌入的典型的USB3.0的信号质量测试环境。 发送信号的测试USB需要的要求；安徽USB测试系列

USB协辉提供的信号质量分析软件；安徽USB测试系列

对于捕获到的数据波形的分析，可以使用USB协会提供的Sigtest软件或者示波 器厂商的自动测试软件。Sigtest是USB协会提供的进行USB3.0等总线分析的官方分析 软件，但是需要用户手动捕获码型、切换码型、进行示波器触发设置等，操作比较烦琐，且设 置不对可能影响捕获的波形或分析的结果。

由于USB3.x的测试涉及被测件类型、速率、均衡器、测试脚本调用、传输通道设置等非 常多的因素，而且不同的测试项目需要在不同的测试码型下进行，设置不当可能测试结果完 全不对，所以 一般建议使用用的自动测试软件配合示波器进行测试。图3 . 7是在示波器 中安装的USB3 . x自动测试软件的设置界面。通常用户只需根据设置向导选择相应的测试项目，然后按照向导连接DUT并把DUT设置成正确的模式即可自动运行测试，软件会自 动捕获波形并测试生成html格式的测试报告。测试软件中还会自动调用设置好的通道模 型和均衡器，以及内置的USB协会发布的SigTest脚本，从而简化了手动操作，并可以 保证测试算法完全符合USB协会对信号分析的要求。 安徽USB测试系列