|
越測(cè)越開心 USB3.0 簡(jiǎn)介 USB3.0的推出使用戶在1分鐘內(nèi)從移動(dòng)硬盤拷貝完成高清電影成為可能。該技術(shù)由英特爾(Intel)，微軟，HP,NEC,NXP半導(dǎo)體，TI等公司組成的USB3.0推廣組共同開發(fā)而成。傳輸速率達(dá)到5Gbps，是USB2.0的十倍， USB3.0接口向下兼容USB2.0和USB1.1,從下圖可以看出USB3.0新增了5條新的引腳，兩條數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，兩條數(shù)據(jù)接收引腳，一個(gè)引腳地。在進(jìn)行5Gbps數(shù)據(jù)高速傳輸時(shí)，主機(jī)與外設(shè)以全雙工方式傳輸，同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，區(qū)別于以前USB2.0半雙工傳送，只能單向傳輸數(shù)據(jù)，不能同時(shí)收發(fā)。在物理接口排列時(shí)，新的引腳排列在現(xiàn)有引腳的后方，USB3.0以藍(lán)色作為背景色以區(qū)別于現(xiàn)有的USB2.0黑色背景色。 
（摘自USB3.0 Spec Rev1.0） USB-IF(USB Implementers Forum)是管理USB3.0規(guī)范的組織，USB-IF 的成員可以利用PIL(Platform Interoperability Lab) 互操作平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證其設(shè)計(jì)。PIL 實(shí)驗(yàn)室為USB 開發(fā)者提供了Host 和Device 一致性測(cè)試，確保設(shè)備能夠正確的進(jìn)行USB3.0 電氣和鏈路層的信號(hào)正常交互。 USB3.0物理層一致性測(cè)試挑戰(zhàn)? 在USB3.0的一致性測(cè)試中，接收端的測(cè)試為必測(cè)項(xiàng)目，所以還需要帶抖動(dòng)注入能力的信號(hào)源。在USB3.0的規(guī)范中，HOST和Device的參考時(shí)鐘是異步的，加上注入擴(kuò)頻時(shí)鐘(SSC)，將會(huì)引入越來越多的互連方面的問題；發(fā)送端將5G的信號(hào)送出，需要經(jīng)過參考通道，參考線纜，在接收端的眼圖已經(jīng)閉合，這就需要引入均衡技術(shù)：如在發(fā)端信號(hào)加入預(yù)加重，以及收端使用CTLE均衡來獲得張開的眼圖以進(jìn)行測(cè)試；為了模擬信號(hào)經(jīng)過連接器，線纜和通路的測(cè)試環(huán)境，需要引入?yún)⒖季�纜和參考通道，但是參考線纜和參考通道通常無法獲取，所以需要在測(cè)試的時(shí)候要根據(jù)其性能參數(shù)對(duì)其進(jìn)行軟件通道仿真，以滿足測(cè)試要求。 發(fā)送端測(cè)試 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送端測(cè)試點(diǎn)是在TP1，測(cè)試DUT的信號(hào)經(jīng)過參考線纜和參考通道,在TP1處送入測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。在TP1處測(cè)試時(shí)，測(cè)試環(huán)境需要有參考線纜，參考測(cè)試通道等實(shí)物，這對(duì)于測(cè)試者來說是一個(gè)比較麻煩的問題，因?yàn)樗鼈儾蝗菀撰@取甚至是無法獲取。于是另外一種方法是在TP1’處獲取波形，然后用等效參考線纜和等效參考測(cè)試通道的模型(濾波器)去作用在獲取波形上以達(dá)到類似實(shí)物的效果。
(摘自USB 3.0 Electrical Compliance Methodology White paper Rev0.5) 工欲善其事，必先利其器---夾具方案簡(jiǎn)介
USB3.0測(cè)試的夾具提供了A-PLUG,A-RECEPTACLE,B-RECEPTACLE與校準(zhǔn)套件并附有一個(gè)短USB3 cable。用戶可以使用該夾具套件進(jìn)行發(fā)送端，接收端，線纜的全套測(cè)試；用戶可以使用校準(zhǔn)夾具來測(cè)試夾具的插入損耗，精確的進(jìn)行夾具去嵌的測(cè)試。 對(duì)于HOST/Device的測(cè)試，都要求使用的夾具使探測(cè)點(diǎn)與被測(cè)器件接口的距離盡可能的短，以減少線纜損耗。Device的測(cè)試夾具匹配方案是使用A-RECEPTACLE型夾具與USB3.0 短連接線纜；HOST的測(cè)試有兩種類型夾具匹配方案：第一種方案是使用A-PLUG型夾具（該方案為推薦方法）；第二種是使用B-RECEPTACLE型夾具與USB3.0 短連接線纜(該方案會(huì)引入短線纜路徑損耗誤差)。 下圖為帶A-PLUG夾具與B-RECEPTACLE夾具Host測(cè)試方案的比較，后者需要在器件接口通過一段短USB3.0 cable（13cm）與被測(cè)器件進(jìn)行連接，因而在測(cè)試中必然引入線纜的損耗。從圖中可以看出，短線纜的引入導(dǎo)致信號(hào)的幅值損耗了近7%，并且增加了500fs的隨機(jī)抖動(dòng)的和2.5ps的確定性抖動(dòng)。
一致性測(cè)試以外的調(diào)試驗(yàn)證 一致性測(cè)試僅僅是完成了規(guī)范的強(qiáng)制測(cè)試項(xiàng)目(Normative Testing)，在USB3.0規(guī)范里面還有許多可選項(xiàng)目(Informative)的測(cè)試,這些測(cè)試項(xiàng)目所能體現(xiàn)的信息對(duì)于需要進(jìn)行芯片級(jí)測(cè)試的用戶來說是非常有用的，對(duì)于調(diào)試，驗(yàn)證器件有非常大的幫助。 由于通道對(duì)信號(hào)的衰減很明顯，因此USB3.0在信號(hào)接收端需要采用對(duì)信號(hào)眼圖補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)：均衡. 在調(diào)試驗(yàn)證過程中，用戶需要自定義均衡來對(duì)整個(gè)鏈路做完整分析，可以根據(jù)具體的器件情況，在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和不同的測(cè)試要求下，改變均衡參數(shù)或者不同類型的均衡方式以驗(yàn)證其對(duì)系統(tǒng)性能的影響，從而尋求器件最佳均衡參數(shù)組合。 對(duì)于芯片級(jí)用戶，去嵌(de-embed)也是其關(guān)注的內(nèi)容，為了得到精確的測(cè)試結(jié)果，可以使用校準(zhǔn)夾具來測(cè)試夾具的插入損耗，精確的進(jìn)行夾具去嵌的測(cè)試；同時(shí)也可以對(duì)通道，連接器的S參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，去嵌至芯片pad。 在調(diào)試過程中，用戶需要知道自己的器件所能工作的最壞情況，例如可以通過最大為多少距離的線纜保持功能正常，而此時(shí)一致性測(cè)試所提供的參考線纜，參考通道并不能滿足調(diào)試的需求，這就需要用戶自己做通道線纜仿真找到答案。 如何進(jìn)行通道去嵌？ 通過對(duì)夾具和通道去嵌可以真實(shí)的測(cè)出芯片引腳輸出端的信號(hào)，為了達(dá)到去嵌TX通道或者夾具的目的，首先需要通過TDR刻畫通道夾具特性，提取S參數(shù)，通過泰克的SDLA軟件的夾具去嵌功能來生成去嵌濾波文件。如下圖顯示了去嵌之前與之后抓取的信號(hào)眼圖，可以看出經(jīng)過去嵌之后，消除了夾具和TX通道傳輸路徑帶來的影響，提高了測(cè)試眼圖信號(hào)的裕量： 去嵌之前 去嵌之后
如何進(jìn)行傳輸通道建模 通道建模包括參考線纜和參考通道的建模。一致性測(cè)試的信號(hào)傳輸通道（Compliance channel）一般分為兩類參考通道: 長(zhǎng)通道和短通道。長(zhǎng)通道類似于后背板端口，其性能主要受通道損耗影響；短通道類似與前面板端口，其性能主要受反射影響。而參考線纜則是長(zhǎng)度為3米連接線纜。在測(cè)試的時(shí)候，因?yàn)橛脩舸蟛糠智闆r下是無法取得參考線纜和參考通道實(shí)體，為了模擬參考通道和參考線纜對(duì)信號(hào)的影響，測(cè)試客戶需要使用符合USB3.0規(guī)范指定的等效模型，然后將模型參數(shù)以均衡濾波的方式作用在信號(hào)本身以達(dá)到模擬實(shí)物的效果。一致性通道的模型參數(shù)可以從USB-IF獲得。為了簡(jiǎn)化測(cè)試用戶操作，測(cè)試軟件根據(jù)規(guī)范要求提供了豐富的濾波器模型組合來滿足終端用戶多樣的測(cè)試需求。用戶只要簡(jiǎn)單的在軟件里面調(diào)用對(duì)應(yīng)類型的濾波器組合就可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試了。
TekExpress(USB-TX)使用參考通道參考線纜硬件實(shí)物，可以對(duì)不同的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行選擇
使用TekExpress(USB-TX)參考通道，參考線纜軟件模型，選擇不同的濾波器類型 對(duì)于那些想知道被測(cè)器件究竟在何種程度的連接情況下仍舊可以正常工作的客戶來說，通過通道建模可以不僅僅囿于一致性測(cè)試所提供的線纜通道模型，我們可以通過SDLA軟件來完成一致性測(cè)試需要模型濾波器，也可以通過該軟件定制用戶自己的連接配置，找到用戶設(shè)計(jì)的器件在最大為何種長(zhǎng)度的通道或者線纜下仍然可以符合規(guī)范的要求正常工作。
使用SDLA 參考測(cè)試通道和線纜組合成傳輸通道仿真模型來進(jìn)行一致性測(cè)試 如何在USB3.0測(cè)試時(shí)使用CTLE及其它均衡？ 正如前文所述，測(cè)試DUT的5Gbps的信號(hào)發(fā)出后經(jīng)過參考線纜和參考通道，在TP1處探測(cè)到的波形可能因?yàn)殚L(zhǎng)距離傳輸引起的損耗，導(dǎo)致接收到的信號(hào)眼圖會(huì)完全閉合，USB3.0規(guī)范允許在接收端使用均衡技術(shù)后來獲得張開的眼圖以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間和幅值相關(guān)的測(cè)試，使用的均衡技術(shù)為連續(xù)時(shí)間線性均衡，簡(jiǎn)稱CTLE(Continuous time linear equaliztion)均衡器。
（摘自USB3.0 Electrical Compliance Methodology White paper Rev0.5） CTLE傳輸函數(shù)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，容易標(biāo)準(zhǔn)化而進(jìn)行一致性測(cè)試。CTLE在頻域上由一些極點(diǎn)和零點(diǎn)構(gòu)成，并非常容易設(shè)定所需的帶寬；如果進(jìn)行一致性以外的調(diào)試驗(yàn)證，用戶會(huì)有使用自定義均衡器的需求，比如使用FFE或者DFE等等，泰克的SDLA軟件都可以滿足用戶自定義多種類型均衡器的要求。
SDLA 軟件支持用戶自定義均衡：FFE,DFE及CTLE USB3.0 發(fā)送端方案： 硬件設(shè)備部分：泰克提供了一套完整的測(cè)試夾具，可以滿足發(fā)送端/接收端已及線纜的測(cè)試的多種要求。這是目前市面上唯一一種提供了A-PLUG接口的夾具，使客戶可以在連接器端對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，不需要引入U(xiǎn)SB3.0線纜的損耗。可以更加真實(shí)的反映測(cè)試器件的性能。測(cè)試USB3.0高達(dá)5Gbps的速率，需要帶寬至少是12.5G以上的示波器，采樣率為50G以保證分辨率在20ps之內(nèi)。用戶可以選擇提供了良好的信號(hào)保真度和完整性的P7313SMA 的差分探頭，也可以直接使用成本較低的SMA線纜進(jìn)行信號(hào)探測(cè)。 軟件部分: 我們同時(shí)提供了手動(dòng)測(cè)試（DPOJET帶USB3選項(xiàng)）和自動(dòng)測(cè)試(TekExpress帶USB-TX選項(xiàng))兩種方案，并且提供了分析工具SDLA和DPOJET使客戶不僅僅完成一致性測(cè)試的要求，還可以完成調(diào)試驗(yàn)證多種需求。 帶USB-TX選項(xiàng)的自動(dòng)測(cè)試方案 DPOJET帶USB3選項(xiàng)的手工測(cè)試方案
TekExpress |
