机械USB测试系列

自1995年USB1 .0 的规范发布以来， USB(Universal Serial Bus)接口标准经过了20多  年的持续发展和更新，已经成为PC和外设连接使用的接口。USB历经了多年的发 展，从代的USB1 .0低速(Low Speed) 、USB1 . 1全速(Full Speed)标准，逐渐演进到第 2代的USB2 .0高速(High Speed)标准和第3代的USB3 .0超高速(Super Speed)标准。这   些标准目前都已经得到的应用。

后来，为了应对eSATA 、ThunderBolt等标准对USB标准的威胁， USB协会又分别在  2013年和2017年发布了USB3. 1及USB3.2的标准。在USB3. 1标准中新定义了10Gbps 速率以及对Type-C接口的支持；在USB3.2标准中，又基于Type-C接口提供了对X2模 式的支持，可以通过收发方向各捆绑2条10Gbps的链路实现20Gbps的数据传输。而新 的USB4.0标准已经于2019年发布，可以通过捆绑2条20Gbps的链路实现40Gbps的接 口速率。表3. 1是USB各代总线的技术对比。

克劳德高速数字信号测试实验室

地    址： 深圳市南山区南头街道中祥路8号君翔达大厦A栋2楼H区 USB3.0电缆眼图仿真和均衡仿真；机械USB测试系列

USB4.0的发送端信号质量测试

在 发 送 端 测 试 中 ， 需 要 用 U S B 4 . 0 的 测 试 夹 具 在 T P 2 点 ( 即 T y p e - C 的 输 出 接 口 ) 把 被 测 信 号 引 出 ， 并 接 入 示 波 器 测 试 ， 测 试 中 示 波 器 会 通 过 软 件 嵌 入 传 输 通 道 ( 对 G e n 2 速 率 是 嵌 入 2 m 电 缆 ， 对 G e n 3 速 率 是 嵌 入 0 . 8 m 电 缆 ) 的 影 响 ， 并 用 模 仿 接 收 端 的 均 衡 器 对 信 号 均 衡 后 再 进 行 眼 图 相 关 参 数 的 测 试 。 U S B 4 . 0 的 数 据 速 率 很 高 ， 对 于 G e n 2 速 率 的 主 机 和 外 设 测 试 来 说 ， 测 试 规 范 建 议 使 用 至 少 1 6 G H z 带 宽 的 示 波 器 ； 对 于 G e n 3 速 率 的 主 机 和 外 设 测 试 来 说 ， 测 试 规 范 建 议 使 用 至 少 2 1 G H z 带 宽 的 示 波 器 。 图 3 . 3 2 是 典 型 U S B 4 . 0 的 发 送 端 信 号 质 量 测 试 环 境 ， 测 试 中 通 过 测 试 夹 具 连 接 被 测 件 和 示 波 器 ， 并 通 过 U S B 4 的 控 制 器 控 制 被测件发出不同的预加重的测试码型 。 吉林设备USB测试usb3.0的信号测试方法相对于USB2.0的区别；

为了模拟传输通道对信号的影响，USB协会提供了相应的测试夹具。每套测试夹具由 很多块组成，可以模拟相应的PCB走线并在中间插入测试电缆。这些测试夹具通过组合可 以进行发送信号质量的测试，也可以进行接收容限的测试，或者进行接收容限测试前的校 准。图3 .4是USB协会提供的针对10Gbps的A型接口主机及Micro-B型接口外设的测 试夹具。

除了使用真实的测试夹具和电缆来模拟传输通道对信号的影响外，实际测试中还可以 用示波器的S参数嵌入功能来模拟加入传输通道影响，这样可以简化测试连接，也避免了 夹具反复插拔造成的特性变化。图3.5是使用夹具直接引出信号，并通过示波器中的S参 数嵌入功能进行通道嵌入的典型的USB3.0的信号质量测试环境。

性能特点USB2.0USB3.0USB3.1USB3.2USB4.0

发布时间2000年2008年2013年2017年2019年

比较高接口速率480Mbps5Gbps(Genl)10Gbps速率(Gen2)20Gbps(Gen2x2)40Gbps(Gen3x2)

连接器Type-A/B/CType-A/B/CType-A/B/CType-CType-CRetimer(中继器)无定义无定义无定义支持支持2级

编码方式无8b/10b128b/132b128b/132b128b/132b

典型电缆长度5m3mlm1m有源电缆1m,0.8m,有源电缆发送端预加重无2阶预加重3阶预加重3阶预加重3阶(16种预设值)

接收端均衡方式无CTLE(2种强度)CTLE(7种强度)+DFECTLE(7种强度)+DFECTLE(10种强度)+DFE

克劳德高速数字信号测试实验室

地址：深圳市南山区南头街道中祥路8号君翔达大厦A栋2楼H区 USB协辉提供的信号质量分析软件；

USB信号完整性测试

USB3.0和USB2.0相比有着非常本质的区别，USB3.0有两对高速差分线分别进行信号的发送和接收，为全双工工作模式，且使用了多种高速处理技术，如均衡、预加重等，对此进行的物理层一致性测试是非常重要的，USB3.0规范要求进行多个项目的测试，如发送端测试、接收端测试、线缆测试等，因此需要多种仪器进行测试。

接着就是设置DUT类型、速率、夹具和测试分析模式，由于DUT是Host，所以在Host一栏选择Host；USB3.2的速率为10G；测试的夹具分为了两类，一类是USB-IF协会的，另一类就是Tektronix的，在这里选择的是USB-IF的测试夹具；另外一个非常关键的点就是Test Method，是否选用USB-IF SigTest的分析方法，通常，我们会选择使用；选择参考时钟，一般高速串行信号都会选用SSC模式；还要根据产品使用。 usb3.0规范中对接收端均衡器的定义？吉林设备USB测试

USB2.0一致性测试内容；机械USB测试系列

另外，由于5Gbps或10Gbps的信号经过长电缆和PCB传输以后有可能眼图就无法张开了，所以在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，因此测试时示波器的测试软件也要能支持CTLE才能模拟出接收端对信号均衡以后的真实的结果。图3.6是在USB3.2的规范中，分别对于Genl的5Gbps信号和Gen2的10Gbps信号CTLE的均衡器的定义。

以下是USB3.x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(compliancecable)和一致性电路板(complianceboard)之后。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(比特间隔)。

(4)需要计算基于1.0×10-12误码率的DJ、RJ和TJ。 机械USB测试系列