隨著主流市場即將演進(jìn)到SuperSpeed USB,，許多設(shè)計團(tuán)隊正力圖加快設(shè)計認(rèn)證。本文將為您提供專家建議參考,，幫助您輕松完成這一過程,。

　　盡管市場上已經(jīng)出現(xiàn)了早期的USB 3.0產(chǎn)品,，但主流市場轉(zhuǎn)向Super Speed USB 還有待時日,。部分原因在于，USB 2.0接口無所不在,，且生產(chǎn)成本低廉,。高帶寬設(shè)備（如攝像機(jī)和存儲設(shè)備）已經(jīng)率先演進(jìn)到SuperSpeed USB。但就目前而言,，基于成本因素考慮,，USB3.0實(shí)施仍限于較高端的產(chǎn)品。

　　大規(guī)模部署任何新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括USB3.0）都存在內(nèi)在挑戰(zhàn),。此外,，USB2.0到USB 3.0并非簡單的跳躍，其性能提高了十倍之多,。盡管性能得到大幅度提升,，但消費(fèi)者對低成本互連設(shè)備的預(yù)期并沒有改變。這就給工程師們帶來了明顯的壓力,，需要在一個原本速度很低的信號通道上傳輸高速率信號,，同時要在各種條件下保證可靠性、互操作能力和高性能,。為保證物理層（PHY）一致性和認(rèn)證,，測試變得空前關(guān)鍵或重要,。

　　USB 3.0擁有許多其它高速串行技術(shù)（如PCI Express和串行ATA）共有的特點(diǎn)：8b/10b編碼，明顯的通道衰減,，擴(kuò)頻時鐘,。本文將介紹一致性測試方法及怎樣對發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及線纜和互連進(jìn)行最精確的,、可重復(fù)的測量,。在掌握了這些竅門之后，您便可以更有效地準(zhǔn)備SuperSpeed PIL（Platform Integration Lab）之行了,。

　　High Speed Vs. SuperSpeed

　　USB 3.0滿足了市場對于更高帶寬下實(shí)時體驗(yàn)應(yīng)用的需求,。目前USB設(shè)備達(dá)數(shù)十億，因而USB 3.0也提供了向下兼容能力,，支持傳統(tǒng)USB 2.0設(shè)備,。然而，USB 2.0和3.0在物理層有多種差異 （表1）,。

　　表1. USB 2.0 和 SuperSpeed USB物理層區(qū)別

　　SuperSpeed USB一致性測試已經(jīng)有明顯變化,，以適應(yīng)更高速接口帶來的新挑戰(zhàn)。USB 2.0接收機(jī)驗(yàn)證需要執(zhí)行接收機(jī)靈敏度測試,。USB 2.0設(shè)備必須對150 mV及以上的測試包做出響應(yīng),，并且忽略100 mV以下的信號。

　　SuperSpeed USB接收機(jī)必須面對更多的信號損傷,，因此測試要求要比USB 2.0更加苛刻,。設(shè)計人員還必須考慮傳輸線效應(yīng)，在發(fā)射機(jī)中使用均衡技術(shù)（包括去加重）,，在接收機(jī)中使用連續(xù)時間線性均衡技術(shù)（CTLE）,。此外，現(xiàn)在還要求在接收機(jī)上進(jìn)行抖動容限測試,，使用擴(kuò)頻時鐘（SSC）和異步參考時鐘可能會導(dǎo)致互操作能力問題,。

　　評估USB 3.0串行數(shù)據(jù)鏈路另一個重要部分是被測波形與互連通道的聯(lián)系非常復(fù)雜。不能再認(rèn)為只要發(fā)射機(jī)輸出滿足了眼圖模板,，電路就一定能在傳輸損耗滿足要求的通道中正常工作,。想了解發(fā)射機(jī)余量一定時的最差的傳輸通道，您需要在一致性測試要求以外建立通道和線纜組合模型,，使用通道建模軟件,，分析通道效應(yīng) （圖1）。

　　圖1. 軟件工具,，可以針對參考測試通道分析USB 3.0 通道效應(yīng),。

　　隨著主流市場即將演進(jìn)到SuperSpeed USB，許多設(shè)計團(tuán)隊正力圖加快設(shè)計認(rèn)證,。本文將為您提供專家建議參考,，幫助您輕松完成這一過程,。

　　盡管市場上已經(jīng)出現(xiàn)了早期的USB 3.0產(chǎn)品，但主流市場轉(zhuǎn)向Super Speed USB 還有待時日,。部分原因在于,，USB 2.0接口無所不在，且生產(chǎn)成本低廉,。高帶寬設(shè)備（如攝像機(jī)和存儲設(shè)備）已經(jīng)率先演進(jìn)到SuperSpeed USB,。但就目前而言，基于成本因素考慮,，USB3.0實(shí)施仍限于較高端的產(chǎn)品,。

　　大規(guī)模部署任何新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括USB3.0）都存在內(nèi)在挑戰(zhàn)。此外,，USB2.0到USB 3.0并非簡單的跳躍,，其性能提高了十倍之多。盡管性能得到大幅度提升,，但消費(fèi)者對低成本互連設(shè)備的預(yù)期并沒有改變,。這就給工程師們帶來了明顯的壓力，需要在一個原本速度很低的信號通道上傳輸高速率信號,，同時要在各種條件下保證可靠性,、互操作能力和高性能。為保證物理層（PHY）一致性和認(rèn)證,，測試變得空前關(guān)鍵或重要,。

　　USB 3.0擁有許多其它高速串行技術(shù)（如PCI Express和串行ATA）共有的特點(diǎn)：8b/10b編碼，明顯的通道衰減,，擴(kuò)頻時鐘,。本文將介紹一致性測試方法及怎樣對發(fā)射機(jī),、接收機(jī)及線纜和互連進(jìn)行最精確的,、可重復(fù)的測量。在掌握了這些竅門之后,，您便可以更有效地準(zhǔn)備SuperSpeed PIL（Platform Integration Lab）之行了,。

　　High Speed Vs. SuperSpeed

　　USB 3.0滿足了市場對于更高帶寬下實(shí)時體驗(yàn)應(yīng)用的需求。目前USB設(shè)備達(dá)數(shù)十億,，因而USB 3.0也提供了向下兼容能力,，支持傳統(tǒng)USB 2.0設(shè)備。然而,，USB 2.0和3.0在物理層有多種差異 （表1）,。

　　表1. USB 2.0 和 SuperSpeed USB物理層區(qū)別

　　SuperSpeed USB一致性測試已經(jīng)有明顯變化，以適應(yīng)更高速接口帶來的新挑戰(zhàn),。USB 2.0接收機(jī)驗(yàn)證需要執(zhí)行接收機(jī)靈敏度測試,。USB 2.0設(shè)備必須對150 mV及以上的測試包做出響應(yīng),，并且忽略100 mV以下的信號。

　　SuperSpeed USB接收機(jī)必須面對更多的信號損傷,，因此測試要求要比USB 2.0更加苛刻,。設(shè)計人員還必須考慮傳輸線效應(yīng)，在發(fā)射機(jī)中使用均衡技術(shù)（包括去加重）,，在接收機(jī)中使用連續(xù)時間線性均衡技術(shù)（CTLE）,。此外，現(xiàn)在還要求在接收機(jī)上進(jìn)行抖動容限測試,，使用擴(kuò)頻時鐘（SSC）和異步參考時鐘可能會導(dǎo)致互操作能力問題,。

　　評估USB 3.0串行數(shù)據(jù)鏈路另一個重要部分是被測波形與互連通道的聯(lián)系非常復(fù)雜。不能再認(rèn)為只要發(fā)射機(jī)輸出滿足了眼圖模板,，電路就一定能在傳輸損耗滿足要求的通道中正常工作,。想了解發(fā)射機(jī)余量一定時的最差的傳輸通道，您需要在一致性測試要求以外建立通道和線纜組合模型,，使用通道建模軟件,，分析通道效應(yīng) （圖1）。

　　圖1. 軟件工具,，可以針對參考測試通道分析USB 3.0 通道效應(yīng),。

　　發(fā)射機(jī)一致性測試

　　通過使用各種測試碼型以幫助進(jìn)行發(fā)射機(jī)測試 （表2）。每種碼型都是根據(jù)與評估碼型的測試有關(guān)的特點(diǎn)而選擇的,。CP0（一種D0.0加擾序列）用來測量確定性抖動（Dj）,，如數(shù)據(jù)相關(guān)抖動（DDJ）。CP1（一種未加擾D10.2全速率時鐘碼型）不生成DDJ,，因此更適合評估隨機(jī)性抖動（RJ）,。

　　表2. SuperSpeed USB 發(fā)送端一致性測試碼型

　　抖動和眼高的測量是通過對100萬個連續(xù)比特（UI）進(jìn)行分析而得到，需要使用均衡器功能和適當(dāng)?shù)臅r鐘恢復(fù)設(shè)置（二階鎖相環(huán),、或稱為PLL,，10 Mhz環(huán)路帶寬，0.707的阻尼系數(shù)）,。通過分析被測數(shù)據(jù)樣本,，可以外推出10-12誤碼率（BER）下的抖動值。例如,，通過外推算法,，把測得的RJ （rms）乘以14.069，可以得到10-12誤碼率下RJ（PK-PK）,。

　　圖2. 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)射機(jī)一致性測試設(shè)置,，包括參考測試通道和線纜。測試點(diǎn)2 （TP2）距被測器件（DUT）最近，測試點(diǎn)1 （TP1）是遠(yuǎn)端測量點(diǎn),。

　　在TP1采集信號后,，可以使用SigTest軟件處理數(shù)據(jù)，這與PCI Express官方的一致性測試方法類似,。對需要預(yù)測試一致性,、檢定或調(diào)試的應(yīng)用，希望可以進(jìn)一步了解電路在各種條件或參數(shù)下的特點(diǎn),。裝有USB 3.0分析軟件的高帶寬示波器提供了Normative和Informative方式的物理層發(fā)射端自動測量,。省掉了手動配置的步驟，大大節(jié)約了測量時間,。

　　在測試完成后,，詳細(xì)的Pass/Fail測試報告標(biāo)記出哪里可能發(fā)生設(shè)計問題。如果在不同測試地點(diǎn)（如公司實(shí)驗(yàn)室,、測試中心）結(jié)果不一致,，可以使用之前測試時保存的波形數(shù)據(jù)重新分析（離線測量）。

　　如果要求更多的分析,，可以使用抖動分析和眼圖分析軟件,，調(diào)試和檢定電路。例如,，可以一次顯示多個眼圖,，允許工程師分析不同時鐘恢復(fù)設(shè)置或軟件通道模型的影響。此外,，可以使用不同的濾波器,，分析SSC的影響，解決系統(tǒng)互操作能力問題,。

　　均衡考慮因素

　　由于明顯的通道衰減,，SuperSpeed USB要求某種形式的補(bǔ)償，張開接收機(jī)上的眼圖,。發(fā)射機(jī)上采用均衡技術(shù),，其采用去加重的形式。規(guī)定的標(biāo)稱去加重比是3.5 dB,，用線性單位表示為1.5倍,。例如，在跳變比特電平為150 mVp-p時,，非跳變比特電平為100 mVp-p。

　　CTLE標(biāo)準(zhǔn)均衡實(shí)現(xiàn)方案包括片內(nèi)技術(shù),、有源接收機(jī)均衡或無源高頻濾波器,，如線纜均衡器上使用的濾波器。這一模型特別適合一致性測試,，因?yàn)樗浅：啽愕孛枋隽藗鬏敽瘮?shù),。CTLE通過頻域中的一系列極點(diǎn)和零點(diǎn),，在特定頻率上達(dá)到峰值（Peak）。

　　CTLE實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計要比其它技術(shù)簡單,，能耗要低于其它技術(shù),。然而，在某些情況下,，由于適應(yīng)性,、精度和噪聲放大方面的限制，僅僅使用CTLE實(shí)現(xiàn)方案可能是不夠的,。其它技術(shù)包括前向反饋均衡（FFE）和判定反饋均衡（DFE）,，通過對數(shù)據(jù)樣點(diǎn)加權(quán)一些補(bǔ)償系數(shù)來補(bǔ)償通道損耗。

　　CTLE和FFE是線性均衡器,。因此,，這兩種技術(shù)都會提升高頻噪聲，而產(chǎn)生信噪比劣化,。但是,，DFE在反饋環(huán)路中使用非線性元器件，使噪聲的放大達(dá)到最小,，補(bǔ)償碼間干擾（ISI）,。圖3示例了一個經(jīng)過傳輸通道明顯衰減的5Gbps 信號，和使用去加重,、CLTE和DFE均衡技術(shù)處理之后的信號,。

　　圖3. 去加重（藍(lán)色）、長通道（白色）,、CTLE （紅色）和三階DFE （灰色）對5-Gbit/s信號（黃色）產(chǎn)生的不同效果,。