《USB3.0物理层测试方案》.pdfVIP

USB3.0 物理层测试方案 一、 USB3.0 简介 USB的规范最早由USB协会（USB-IF）在1996年推出，经过10多年的发展，已经 成为PC及其外设上应用最为成功的接口。USB1.0的速度不够时，USB协会在2000年 推出了USB2.0标准。目前普遍应用的是USB2.0的规范，USB 2.0 的最高速率指标定 义是480Mbps，但实际上因各种限制因素，真实的数据吞吐速率不超过 35MB/s。现 在移动硬盘、高清视频等的应用中需要传输的数据量越来越大，文件的尺寸越来越 大，存储或传输的时间也相应变长。与此同时，SATA、HDMI、Displayport等也以 其高传输数据速率的优势在抢夺一部分传统USB的市场。因此，为了满足高速数据 传输的要求，USB协会在2008年底正式发布了USB3.0的规范。目前USB3.0的测试规 范正在制定过程中，预计在2010年3月份左右会正式发布。 USB3.0是双总线架构，在USB2.0的基础上增加了超高速（Super Speed)总线部 分。超高速总线的信号速率达到5Gbps，采用ANSI 8b/10b编码，全双工方式工作， 最大支持的电缆长度达3米。具体来说，USB3.0是在原有USB2.0的4根线（Vbus、 Gnd、D＋、D－）基础上另外增加了4根线，这样USB3.0的接口上就总共有8根线。 原来的4根完全兼容原来的USB2.0设备；增加的这四根线采用全双工作模式，一对 线负责发送，另一对线负责接收，可实现5Gbps的数据速率。下图是典型的USB3.0 的总线架构。 USB3.0速率提高10倍左右，对测试验证工作带来了挑战，因为5Gbps信号的设计 已经进入了射频微波领域，对于测试仪器的功能和性能要求也和传统的USB2.0测试 不太一样。USB3.0的电气性能测试分为发送信号测试、接收容限测试以及电缆/连 接器的测试，下面分别介绍。 二、 USB3.0 的发送信号测试 在进行发送端测试时，要求测试对象发出特定的测试码型，实时示波器对该 码型进行眼图分析，测量信号的幅度、抖动、平均数据率及上升∕下降时间。 USB3.0针对超高速部分的信号测试与以前USB2.0的测试方法有较大的不同。 首先，由于USB3.0 SuperSpeed的信号速率达到5Gbps，同时信号的幅度更 小，因此测试中需要12GHz以上带宽的示波器，同时要示波器的底噪声更低才能保 证准确的测量。Agilent的DSO/DSA90000系列示波器具有业界最平坦的频率响应以 及最低的本底噪声，非常适合于象USB3.0这样高速信号的测试。 其次，USB 3.0 发送端测试，不是用夹具直接连接DUT，其定义的被测点是 “一致性通道 ( Compliance Channel)”的末端。一致性通道模拟PCB走线和电缆 对信号的影响。对于HOST的测试，它模拟的是3m长电缆＋5”PCB走线的影响；对于 HOST的测试，它模拟的是3m长电缆＋11”PCB走线的影响。USB3.0的测试规范里会 以S参数文件的形式提供一致性通道的模型。在真正测试时是用测试夹具直接连接 DUT，然后用示波器的S参数嵌入的方式加入通道影响。 另外，由于5Gbps的信号经过长电缆和PCB传输以后有可能眼图就张不开了， 所以USB3.0的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。所以测试时示波器的测试软件也要能支持CTLE才能得到真实的结果。 以下是USB3.0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（compliance cable)和一致性电路板 （compliance board)之后的TP1处。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（单位间隔）。 4、需要计算基于10e-12误码率的DJ,RJ和TJ。 对于发送信号的测试，Agilent 推荐使用 90000 系列示波器