《USB2.0从物理层到协议层的测试方案》.pdfVIP

USB2.0 从物理层到协议层的测试方案 概述 自从1995 年USB （Universal Serial Bus，通用串行总线）诞生起，由于USB 接 口的简单易用、支持热插拔、速度快等特点被广泛应用于当今的电子产品中，USB 堪称是PC 平台上最成功的I/O 技术，除PC 及外设外，也成为打印机、手机及各种 消费电子产品标准的扩展接口。USB 标准规范历经多年的发展从第一代的1.0 Low Speed/1.1 Full Speed，演进到2.0 High Speed 标准，补充标准On-T he-Go （OTG ）允 许便携设备之间直接交换数据，在2008 年底USB 3.0 Super Speed 规范也已经发布。 这些接口标准都是向下兼容的，接口速度也由1.5Mbps，12Mbps，480Mbps 发展 到5Gbps。 随着接口传输速度的提高，对于设计和开发者来说，信号完整性的问题也越 来越突显，另外以串行的传输结构，在协议层和互操作方面也有更大的挑战。USB- IF （USB Implementers Forum，USB 实施者论坛）制定了一致性测试规范，在电气 层面、功能层面、互操作层面规定认证测试方案，并授权测试实验室认证测试， USB 相关产品通过测试取得USB 徽标的认证。这就要求USB 开发人员能够在实验 室研发阶段，进行满足一致性规范要求的预测试，及早的发 和解决问题，从而加 快产品的量产速度。 USB 2.0 基本规范 USB 2.0 规范定义了三种信号速率，分别是低速，全速和高速，电气特性下： 速率 幅度 上升时 ** 低速(Low Speed) 1.5 Mb/s 3.3 V 75 ns - 300 ns 全速(Full Speed) 12 Mb/s 3.3 V 4 ns 20 ns 高速(High Speed) 480 Mb/s 400 mV 500 ps * 由于篇幅所限，本文只介绍针对USB2.0 总线的测试方案，USB3.0 的测试方案另文介绍。 **上升沿时 T 定义为10%-90% r 所以，对于上升沿时 为500 ps 的高速USB 2.0 信号，示波器的带宽至少应该 为2 GHz，以9000 系列示波器来说，应选取2.5 GHz 带宽的示波器以及更高带宽的 差分探头进行高速USB 信号的测试。 USB 系统设备类型包括主机(Host) ，集线器(Hub)，外设(Device) 。USB Host 负 责管理I/O 系统及应用软件，管理外设枚举(Enumeration)，在运行过程中初始化对 特定外设的操作；每个外设接受操作并做出响应，另外主机也将外设纳入系统的电 源管理体系。Hub 提供扩展的USB 外设接口，最多可以级联5 级，最多可以连接 127 个USB 设备。Device 接受Host 发起的操作，发送或接收数据。设备可以 供 电或者由主机供电，主机供电设备最大吸收电流为500mA。上行(Upstream)和下行 (Downstream)分别定义了数据从外设到主机以及从主机到外设的方向。 USB 采用4 线结构，分别为VBUS ，GND，D+, D-。图1 所示为高速USB 接口的 结构图，差分总线以Rpu 上拉至3.3V，当啁啾(Chirp)握手后，如果支持高速模式， 那么Rpu 电 将被断开，总线切换到高速模式。 高速USB 测试需要高速 信号质量，接收灵敏度， CHIRP 时序，包参数等等， 低速和全速测试则还包括了 信号质量，冲击电流， Droop/Drop 测试等内容。信 号质量测试又包括眼图、包 尾宽度、信号速率、上升/下 降时 、交叉点电压范围、 JK/ KJ 抖动、连续抖动等等。 9000 系列示波器概述 首先如表所示，9000 系列示波器硬件带宽最大达4GHz，标准配置20 Mpts (2 通道模式)，最深可以配置达到1G pts 的存储深度，具有丰富的示波器分析和调试 的工具，波形观察和测量的能力，此系列示波器每通道都具有50 ohm 及1M ohm 输入阻抗，可直接使用标准配置 4 个无源探头，进行低速和全速 US