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全方位解析USB 3.0測試方法(下)
摘要: 隨著USB3.0開始走向主流,,需要對發(fā)送端和接收端進行成功的一致性和認證測試,,這是將新產品推向市場的關鍵。這些產品不僅要求能與其它USB3.0設備一起工作,,而且要滿足消費者對各種條件下的性能和可靠性的期望值,。
Abstract:
Key words :


USB 3.0接收端測試

  USB 3.0接收端測試類似于其它高速串行總線接收端的一致性測試,,一般分為三個階段,,開始是受壓眼圖校準,然后是抖動容限測試,最后是分析,。下面讓我們看看這個過程的流程圖(圖4)。

 

  

 

 

  受壓眼圖校準使用最糟糕信號,,這個信號通常在垂直方向(通過增加的抖動)和水平方向(通過將幅度設置為接收端在部署時能看到的最低值)都有損傷,。當任何測試夾具、電纜或儀器發(fā)生改變時都必須執(zhí)行受壓眼圖校準。

  抖動容限測試將校準后的受壓眼圖用作輸入,,然后施加更高頻率帶來的附加正弦抖動(SJ),。這種SJ將作用于接收端內的時鐘恢復電路,因此不僅使用最差信號條件測試了接收端,,而且時鐘恢復也得到了明確的測試,。最后,通過分析評估測試完成后是否需要執(zhí)行額外的設計任務才能達到一致性,。

  受壓眼圖校準過程首先要用一致性夾具,、電纜和通道設置好測試設備(圖5)。下一步是反復測量和調整各種類型的外加應力,,如抖動,。校準步驟執(zhí)行時不需要DUT,但需要一致性測試夾具,、通道以及測試設備產生的特定數(shù)據(jù)圖案,。測試儀器應能執(zhí)行兩種功能——能夠增加各種應力的圖案發(fā)生功能,以及抖動和眼圖測量等信號分析功能,。

 

  

 

  校準受壓眼圖時必須完成三種損傷校準:RJ,、SJ和眼圖高度。每種校準都要求對圖案發(fā)生器和分析儀進行特定的設置,。對每組電纜,、適配器和儀器也必須做一次受壓眼圖校準。

  由于使用不同的適配器和參考通道組,,主機和設備將經(jīng)過不同的受壓眼圖校準過程,。一旦完成后,校準眼圖的設置可以重復使用,,只有當設備設置發(fā)生改變時才必須做再次校準,。

 

  額外的圖案發(fā)生器要求

 

  前面已經(jīng)介紹了要求校準的全部事項,下面讓我們再看看每步校準對圖案發(fā)生器的附加要求,,包括使用的數(shù)據(jù)圖案,、去加重程度、SSC是否應激活等,。在受壓眼圖校準方案中,,列出了兩種圖案,即CP0和CP1,。表3列出了所有的USB 3.0一致性圖案供參考,。

 

  

 

  CP0是一種8b/10b編碼、PRBS-16數(shù)據(jù)圖案(將D0.0字符送到USB 3.0發(fā)送端中進行擾碼和編碼的結果),。經(jīng)過8b/10b編碼后,,最長的連1或連0長度從PRBS-16圖案中的16比特減少到了5個比特,。CP3是類似于8b/10b編碼過的PRBS-16的圖案,其中包含最短(單個比特)和最長的相同比特序列,。

 

 

 

 

USB 3.0接收端測試

 

  USB 3.0接收端測試類似于其它高速串行總線接收端的一致性測試,,一般分為三個階段,開始是受壓眼圖校準,,然后是抖動容限測試,,最后是分析。下面讓我們看看這個過程的流程圖(圖4),。

 

  

 

  受壓眼圖校準使用最糟糕信號,,這個信號通常在垂直方向(通過增加的抖動)和水平方向(通過將幅度設置為接收端在部署時能看到的最低值)都有損傷。當任何測試夾具,、電纜或儀器發(fā)生改變時都必須執(zhí)行受壓眼圖校準,。

  抖動容限測試將校準后的受壓眼圖用作輸入,然后施加更高頻率帶來的附加正弦抖動(SJ),。這種SJ將作用于接收端內的時鐘恢復電路,因此不僅使用最差信號條件測試了接收端,,而且時鐘恢復也得到了明確的測試,。最后,通過分析評估測試完成后是否需要執(zhí)行額外的設計任務才能達到一致性,。

  受壓眼圖校準過程首先要用一致性夾具,、電纜和通道設置好測試設備(圖5)。下一步是反復測量和調整各種類型的外加應力,,如抖動,。校準步驟執(zhí)行時不需要DUT,但需要一致性測試夾具,、通道以及測試設備產生的特定數(shù)據(jù)圖案,。測試儀器應能執(zhí)行兩種功能——能夠增加各種應力的圖案發(fā)生功能,以及抖動和眼圖測量等信號分析功能,。

 

  

 

  校準受壓眼圖時必須完成三種損傷校準:RJ,、SJ和眼圖高度。每種校準都要求對圖案發(fā)生器和分析儀進行特定的設置,。對每組電纜,、適配器和儀器也必須做一次受壓眼圖校準。

  由于使用不同的適配器和參考通道組,,主機和設備將經(jīng)過不同的受壓眼圖校準過程,。一旦完成后,校準眼圖的設置可以重復使用,,只有當設備設置發(fā)生改變時才必須做再次校準,。

 

  額外的圖案發(fā)生器要求

 

  前面已經(jīng)介紹了要求校準的全部事項,下面讓我們再看看每步校準對圖案發(fā)生器的附加要求,包括使用的數(shù)據(jù)圖案,、去加重程度,、SSC是否應激活等。在受壓眼圖校準方案中,,列出了兩種圖案,,即CP0和CP1。表3列出了所有的USB 3.0一致性圖案供參考,。

 

  

 

  CP0是一種8b/10b編碼,、PRBS-16數(shù)據(jù)圖案(將D0.0字符送到USB 3.0發(fā)送端中進行擾碼和編碼的結果)。經(jīng)過8b/10b編碼后,,最長的連1或連0長度從PRBS-16圖案中的16比特減少到了5個比特,。CP3是類似于8b/10b編碼過的PRBS-16的圖案,其中包含最短(單個比特)和最長的相同比特序列,。

 

 

 

        CP1是用于RJ校準的時鐘圖案,。許多儀器在RJ測量時采用dual-Dirac隨機與確定性抖動分離方法。使用時鐘圖案可以避免dual-Dirac方法的一些缺陷,,例如將DDJ報告為RJ,,特別是針對長圖案。通過使用時鐘圖案,,作為ISI結果的DDJ將從抖動測量中消除,,從而形成更精確的RJ測量結果。

  在圖案發(fā)生器和分析儀之間的有損通道(即USB 3.0參考通道和電纜)將導致垂直和水平方向表現(xiàn)為眼圖關閉的頻率相關損耗(圖6),。為了解決這種損耗問題,,需要使用發(fā)送端去加重技術提升信號中的高頻分量,從而使BER為10-12或更高的工作鏈路有足夠好的接收眼圖,。

 

  

 

  從這些眼圖可以看出,,沒有去加重時所有幅度名義上都是相同的。采用去加重后,,跳變沿比特的幅度要高于非跳變沿比特的幅度,,從而有效提升了信號的高頻分量。

  在通過有損通道和電纜后,,沒有經(jīng)過去加重處理的信號將受到碼間干擾(ISI)的影響,,眼圖開度要比經(jīng)過了去加重的信號小。同時,,采用去加重的信號是全開的,。從這里可以看出,去加重程度會影響ISI和DDJ的程度,,進而影響接收端的眼圖開度,。

  在同步數(shù)字系統(tǒng)(包括USB 3.0)中經(jīng)常使用SSC來減小電磁干擾(EMI),。如果不使用SSC,數(shù)字流頻譜中的載頻(即5Gbps)及其諧波處會出現(xiàn)大幅度的尖峰,,并且有可能超過調整極限(圖7),。

 

  

 

  為了防止出現(xiàn)這個問題,可以用SSC擴展頻譜能量,。在這個案例中載頻被一個三角波所調制,。用于接收端測試的頻率“擴展”量是5000ppm或25MHz,頻率調制周期為33kHz或每隔30μs,,即三角波的一個周期,。經(jīng)過SSC后,頻譜中的能量得到了擴展,,不會再有單個頻率破壞規(guī)范極限,。

  如前所述,USB 3.0中的接收側均衡可以改善被碼間干擾損傷的信號,,這種碼間干擾是由于參考通道和電纜中的頻率相關損耗引起的,。這種概念等同于去加重——通過信號處理方法提升信號中的高頻分量。

  雖然設備或主機中的接收端均衡電路與具體實現(xiàn)有關,,但USB 3.0標準為一致性測試規(guī)定了CTLE(圖8),。這種CTLE必須在進行一致性測試測量(都是針對發(fā)送端測試,在本例中是接收端受壓眼圖校準)之前,,由誤碼率測試儀(BERT)或示波器等參考接收端實現(xiàn),并且通常采用軟件模擬的方式,。

 

  

 

  使用CTLE模擬進行抖動測量主要影響由信號處理方法引起的抖動,,即ISI。CTLE模擬不影響與數(shù)據(jù)圖案(如RJ和SJ)不相關的抖動分量,,雖然根據(jù)一致性測試規(guī)范(CTS)這兩種測量都要求使用CTLE,。另一方面,眼圖高度會直接受到影響,,因為ISI影響測量,。

  抖動測量時必須使用具有一致性抖動轉移函數(shù)(JTF)的時鐘恢復“黃金PLL”,如圖9中的藍線所示,。JTF表明了有多少抖動從輸入信號轉移到下游分析儀,。在本例中,-3dB截止頻率是4.9MHz,。

 

  

 

  在更低的SJ頻率(沿著JTF的傾斜部分,,此處的PLL環(huán)路響應是平坦的),恢復時鐘跟蹤數(shù)據(jù)信號上的抖動,。這樣,,相對于時鐘的數(shù)據(jù)抖動將按照JFT得到衰減,。在較高的SJ頻率點,JTF變平,,PLL響應向下傾斜,,信號中的SJ部分被轉移到下游分析儀。除了受壓眼圖校準期間的SJ外,,所有測量都規(guī)定要使用一致性JTF,。

  一旦受壓眼圖完成校準,接收端測試就可以開始了,。USB 3.0與以前的USB 2.0不同,,要求進行BER測試。采用抖動容限測試形式的BER測試僅是接收端測試要求的測試項目,。抖動容限測試使用最差輸入信號條件試驗接收端(受壓眼圖的校準見前面部分),。在受壓眼圖頂部,圍繞JTF的-3dB截止頻率且覆蓋一定頻率范圍的一系列SJ頻率和幅度被注入測試信號,,同時由誤碼檢測器監(jiān)視接收端的錯誤或比特誤碼,,并計算BER。

 

  本文小結

 

  隨著USB 3.0開始走向主流,,需要對發(fā)送端和接收端進行成功的一致性和認證測試,,這是將新產品推向市場的關鍵。這些產品不僅要求能與其它USB 3.0設備一起工作,,而且要滿足消費者對各種條件下的性能和可靠性的期望值,。

  性能的急劇提高帶來了許多新的測試要求,也使得設計和認證比前代標準更具挑戰(zhàn)性,。幸運的是,,有一整套測試工具和資源可以用來協(xié)助SuperSpeed USB商標認證。

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