USB3.0的測(cè)試難點(diǎn)與物理層測(cè)試探討
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圖1：USB2.0與USB3.0的速度對(duì)比
USB3.0 的測(cè)試難點(diǎn)
目前在USB3.0的物理層測(cè)試中主要存在以下難點(diǎn)：
1. 發(fā)送端(TX)的全部測(cè)試需要不同的兼容性測(cè)試碼型(全部測(cè)試需要CP0/CP1/CP7/CP8)，而對(duì)于USB3.0的板級(jí)開發(fā)工程師來(lái)說(shuō)，去配置 PUT發(fā)送出不同的測(cè)試碼型比較困難；
2. 接收端(RX)的測(cè)試需要讓待測(cè)試產(chǎn)品(PUT)進(jìn)入環(huán)回(Loopback)模式，而板級(jí)開發(fā)工程師很難讓PUT的芯片進(jìn)入環(huán)回模式來(lái)測(cè)試其誤碼和抖動(dòng)容限；
3. TX和RX都是兼容性測(cè)試的必測(cè)項(xiàng)目，但是目前的測(cè)試方案需要多臺(tái)儀器，TX和RX的測(cè)試結(jié)果分別出現(xiàn)在兩臺(tái)儀器上，生成兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)試報(bào)告，測(cè)試的配置和操作過(guò)程非常復(fù)雜，完成全部項(xiàng)目測(cè)量需要很長(zhǎng)時(shí)間。
解決上述難點(diǎn)，可以考慮采用力科最新的USB3.0物理層測(cè)試方案。圖 8、9即為力科USB3.0的解決方案示意圖，測(cè)試儀器和附件由帶寬13GHz以上的示波器、PeRT3、RF Switch、USB3.0測(cè)試夾具等組成。
圖8：USB3.0的全自動(dòng)測(cè)試原理示意圖
在TX測(cè)試時(shí)，信號(hào)的傳輸鏈路如圖8的上半部分所示，力科示波器通過(guò)USB電纜控制PeRT3，PeRT3通過(guò)同軸電纜向PUT的RX端發(fā)送Ping.LFPS，PUT的TX連接到示波器的通道。PeRT每發(fā)送一次 Ping.LFPS，則PUT的TX發(fā)送的碼型在CP0到CP8之間切換一次(比如從CP0變?yōu)镃P1，或從CP8變?yōu)镃P0)，這樣就無(wú)需測(cè)試人員去配置PUT發(fā)送不同的測(cè)試碼型。通過(guò)PeRT3，力科的QualiPHY軟件會(huì)自動(dòng)控制PUT發(fā)送不同的測(cè)試碼型，完成TX的所有測(cè)試。
在RX測(cè)試時(shí)，示波器通過(guò)GPIB接口控制RF Switch切換到另一鏈路，如圖8下部分所示，PeRT3的碼型發(fā)生器輸出的加入抖動(dòng)的信號(hào)先通過(guò)Compliance Test Channel(由Intel的11英寸背板和3米USB3.0電纜組成)，然后連接到USB3夾具，進(jìn)入PUT的RX端，PUT的TX端通過(guò)夾具，把信號(hào)發(fā)送給PeRT3的Error Dector端。
圖2：力科的USB3.0測(cè)試夾具
由于示波器通過(guò)USB電纜控制PeRT并讀取PeRT的測(cè)試結(jié)果，并通過(guò)GPIB控制RF Switch在鏈路間自動(dòng)切換，因此USB3.0的TX和RX測(cè)試完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無(wú)需人工干預(yù)，操作步驟非常簡(jiǎn)單，節(jié)省了測(cè)試時(shí)間。
USB3.0 物理層測(cè)試內(nèi)容
本文以力科最新版本的一致性測(cè)試軟件QualiPHY-USB3對(duì)USB 3.0的物理層測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行分析。該軟件根據(jù)2009年11月發(fā)布的USB3.0的電氣兼容性測(cè)試規(guī)范Rev0.9版本開發(fā)，安裝在示波器上，示波器通過(guò) USB電纜連接到PeRT3，使用USB與PeRT3進(jìn)行通信，在測(cè)試中，QualiPHY軟件可以控制PeRT3發(fā)送特定的信號(hào)，或從PeRT3中讀取 RX測(cè)試結(jié)果，這樣只需QualiPHY軟件即可完成TX和RX的所有測(cè)試。在QualiPHY-USB3測(cè)試軟件中，包括了以下測(cè)試項(xiàng)目：
LFPS(Low Frequency Periodic Signaling)信號(hào)測(cè)量
測(cè)量Polling.LFPS信令的電壓和時(shí)間參數(shù)，這在 USB3.0規(guī)范CTS Rev0.9中是必測(cè)項(xiàng)目。測(cè)試方法為：待測(cè)試產(chǎn)品(PUT)的端口上插入U(xiǎn)SB3.0夾具，夾具上的TX端通過(guò)同軸電纜連接到示波器的兩個(gè)通道，將 PUT上電后，PUT會(huì)發(fā)送出Polling.LFPS信令，示波器捕獲后測(cè)量其水平或垂直參數(shù)。如圖3所示為L(zhǎng)FPS的信號(hào)特征。在力科一致性測(cè)試軟件中會(huì)分析脈沖的上升、下降時(shí)間、周期、占空比、峰峰值、共模電壓，以及脈沖串的突發(fā)持續(xù)時(shí)間(tBurst)和重復(fù)時(shí)間(tRepeat)。
圖3：LFPS信號(hào)的波形
SSC（Spread Spectrum Clock）展頻測(cè)量
SSC經(jīng)常使用在計(jì)算機(jī)主板的電路上，用于減小電磁輻射。在USB3.0中，需要測(cè)試擴(kuò)頻時(shí)鐘的調(diào)制頻率(SSC Modulate Rate)、頻偏最大值(SSC Deviation Max)和頻偏最小值(SSC Deviation Min），測(cè)試時(shí)PUT發(fā)送出CP1碼型的數(shù)據(jù)流(CP是Compliance Pattern的簡(jiǎn)寫，在USB3的物理層測(cè)試中，各項(xiàng)測(cè)試需要不同的測(cè)試碼型)，CP1碼型為D10.2，即0101連續(xù)跳變的碼型，相當(dāng)于頻率 2.5GHz的時(shí)鐘，規(guī)范要求擴(kuò)頻時(shí)鐘的調(diào)制頻率為30-33KHz之間，頻偏最小值在+/-300ppm之間，頻偏最大值在-5300ppm到 -3700ppm之間。圖4為力科示波器測(cè)量擴(kuò)頻時(shí)鐘的結(jié)果。SSC在CTS Rev0.9中是必測(cè)項(xiàng)目，跟USB3.0芯片輸入時(shí)鐘緊密相關(guān)，如果輸入時(shí)鐘的SSC不符合要求，通常USB3.0輸出信號(hào)的SSC也無(wú)法通過(guò)測(cè)試。
圖4：擴(kuò)頻時(shí)鐘測(cè)試結(jié)果
抖動(dòng)與眼圖測(cè)量
在USB3.0的TX眼圖和抖動(dòng)測(cè)試中，測(cè)量的是待測(cè)試信號(hào)經(jīng)過(guò)參考測(cè)試信道后TP1點(diǎn)的眼圖和抖動(dòng)。如圖5中的Reference test channel即為參考測(cè)試信道，在規(guī)范中定義了long channel、short channel和3米電纜三種參考測(cè)試信道。如果使用long channel或者較長(zhǎng)電纜，信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)衰減比較大，眼圖已經(jīng)閉合，USB3.0芯片接收端使用了CTLE均衡器對(duì)信號(hào)進(jìn)行均衡后，信號(hào)眼圖的質(zhì)量將大大改善，所以要求測(cè)試儀器分析出CTLE均衡器處理后信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)。目前業(yè)界常用的是Intel的11英寸背板和3米USB電纜作為參考信道。
評(píng)論