USB3.0的測(cè)試難點(diǎn)與物理層測(cè)試探討
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圖5：USB3.0的TX的眼圖測(cè)試點(diǎn)（來(lái)自USB3.0 規(guī)范）
如圖6所示，左邊的眼圖是靠近TX近端測(cè)量到的眼圖；中間的眼圖是通過(guò)兼容性信道(參考測(cè)試信道)后測(cè)量的眼圖，可見眼圖的張開程度較小，抖動(dòng)較大；右邊的眼圖是仿真CTLE均衡后的眼圖，可見眼高和抖動(dòng)都得到改善。
圖6：USB3.0的 Transmitter測(cè)試在近端、遠(yuǎn)端和均衡后的眼圖對(duì)比
眼圖和抖動(dòng)測(cè)試中信號(hào)源需要發(fā)出特別的測(cè)試碼型，對(duì)于眼圖測(cè)試，需要CP0碼型(擾碼的D0.0）；對(duì)于抖動(dòng)測(cè)試，需要CP0碼流或者CP1碼流(D10.2)，前者用于確定性抖動(dòng)Dj的測(cè)量，后者用于隨機(jī)抖動(dòng)Rj的測(cè)量。眼高必須從連續(xù)的1百萬(wàn)個(gè)比特疊加的眼圖中測(cè)量，力科SDA813Zi示波器完成1百萬(wàn)比特的眼圖僅需2秒，速度是同類示波器的 10-50倍以上。抖動(dòng)為10e-12誤碼率時(shí)抖動(dòng)的峰峰值(即總體抖動(dòng)Tj)。
AC和DC共模電壓測(cè)量
這項(xiàng)測(cè)試需要PUT發(fā)送CP0碼流，測(cè)量差分信號(hào)的交流和直流共模電壓，在USB3.0 Specification Rev1.0中有要求(前者Vtx-ac-cm-pp<=0.1V，后者Vtx-dc-cm在0-2.2V之間)，但是在USB3.0的兼容性測(cè)試規(guī)范CTS Rev0.9中未作要求。
差分電壓幅度和去加重測(cè)量
差分電壓擺幅測(cè)試的目的是驗(yàn)證信號(hào)峰峰值是否在0.8-1.2V之間。測(cè)試中PUT需要發(fā)送出測(cè)試碼型CP8，CP8由50-250個(gè)連續(xù)的1和50-250個(gè)連續(xù)的0 重復(fù)交替組成，而且消除了去加重，其波形相當(dāng)于50-250分頻的時(shí)鐘。在這些測(cè)試中，把USB3.0測(cè)試夾具去嵌后測(cè)量結(jié)果更精確。
為了把5Gbps速率的數(shù)據(jù)傳送較遠(yuǎn)的距離，USB3.0的發(fā)送端使用了去加重技術(shù)，這項(xiàng)測(cè)試可以測(cè)量PUT的去加重程度是否滿足規(guī)范要求(要求在-3dB 到-4dB之間)。測(cè)試時(shí)DUT發(fā)送出CP7碼流，CP7碼型由50-250個(gè)連續(xù)的1和50-250個(gè)連續(xù)的0重復(fù)交替組成，而且是添加了去加重的信號(hào)波形。在USB3.0的兼容性測(cè)試規(guī)范CTS Rev0.9中對(duì)差分電壓幅度和去加重測(cè)量未作要求。
誤碼與抖動(dòng)容限測(cè)試
由于USB3.0的速率高達(dá)5Gbps，在USB3.0規(guī)范中接收機(jī)測(cè)試成為必測(cè)項(xiàng)目。接收機(jī)測(cè)試包括了誤碼和抖動(dòng)容限測(cè)試兩部分。
對(duì)于Receiver Compliance測(cè)試，需要使用誤碼率測(cè)試儀BERT(Bit Error Ratio Tester，簡(jiǎn)稱BERT)，比如力科的PeRT3。BERT由Pattern Generator和Error Detector組成。如下圖7左圖所示為傳統(tǒng)的BER測(cè)試和抖動(dòng)容限測(cè)試的示意圖。BERT的Pattern Generator發(fā)送出特定的測(cè)試碼流，碼流中添加了定量的抖動(dòng)，通過(guò)參考測(cè)試信道后到達(dá)待測(cè)試芯片(DUT)的RX端，DUT設(shè)置為retimed loopback模式(重定時(shí)自環(huán)模式)，將接收到的數(shù)據(jù)從芯片的TX端發(fā)送到BERT的Error Detector，BERT分析收到的碼流和發(fā)送的碼流，對(duì)錯(cuò)誤的比特計(jì)數(shù)，得到誤碼率。調(diào)節(jié)Pattern Generator輸出碼流在各種頻段的抖動(dòng)值，并測(cè)試誤碼率，可以得到DUT的抖動(dòng)容限。
圖7：USB3.0的兩種誤碼測(cè)試和抖動(dòng)容限測(cè)試方法示意圖
對(duì)于USB3.0的接收機(jī)測(cè)試還可以使用另一種方法：即Loopback BERT Method。如圖7右圖所示：DUT的接收端工作在Loopback BERT模式，直接分析BERT發(fā)送出的已知的測(cè)試碼流，對(duì)接收到的誤碼計(jì)數(shù)，誤碼數(shù)量存入誤碼寄存器(如下圖7的Error Register)，LeCroy PeRT3直接讀取誤碼寄存器，得到誤碼率和抖動(dòng)容限測(cè)試結(jié)果。
兩種測(cè)試方法對(duì)比，前者是串行信號(hào)接收端測(cè)試通常使用的傳統(tǒng)方法，其誤碼判定在BERT端，即在DUT的外部進(jìn)行BER測(cè)試；后者是USB3.0芯片接收端直接測(cè)量誤碼率，測(cè)試儀器讀取待測(cè)試芯片的誤碼寄存器來(lái)了解誤碼值，即DUT內(nèi)部進(jìn)行BER測(cè)量。力科的PeRT3同時(shí)支持以上兩種測(cè)試方法。
結(jié)語(yǔ)
本文簡(jiǎn)要介紹了USB3.0的物理層測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試難點(diǎn)。力科的一致性測(cè)試軟件QualiPHY-USB3.0可以控制示波器、誤碼率測(cè)試儀PeRT3，快捷的、全自動(dòng)的測(cè)量USB3.0的所有測(cè)試項(xiàng)目，大大的簡(jiǎn)化了工程師的測(cè)試與調(diào)試時(shí)間，是業(yè)內(nèi)最全面和 快捷的測(cè)試解決方案。
參考文獻(xiàn)
1, Universal Serial Bus 3.0 Specification, Revision 1.0.
2, Electrical Compliance Test Specification Rev0.9, SuperSpeed USB.
3, LeCroy USB3.0 Datasheet.
評(píng)論