USB 3.1 Tx 測試總結(jié)

隨著新一代的 Mac、各大品牌的旗艦手機推出，Type CTM接口逐漸進入我們的生活當中，支持 USB 3.1 的主機、設(shè)備也是日漸廣泛。盡管在測試步驟上而言，USB 3.0/ 3.1比 USB 2.0 HS/ FS 和 LS 會簡單一些，但是在測試過程中還是可能會遇到一些問題，本篇文章針對于筆者在 USB 3.0/ 3.1 測試中會遇到的常見問題進行了歸納。

1. 寫在測試之前
在討論 USB 3.1 測試之前，我想先大概說一下 USB 的命名規(guī)則。早在 2015 年 3月，蘋果推出新的 12 吋 MacBook，把 “Type-C” 和 “USB 3.1” 這兩個概念帶到了廣大消費者的視線當中，然而，這個只能跑到 5Gbps 的 USB 3.1 接口卻又廣受詬病。在我們的印象中，USB 3.1 是對 USB 3.0 傳輸速率的進一步提升，將速率從 5Gbps 直接提升到10Gbps，那么為什么 New MacBook 又能夠打著 “USB 3.1”的旗號“招搖過市”呢，這需要從 USB 的命名開始說起。

在 USB 2.0 的年代，USB 就分為 HS(High-Speed)·FS(Full-Speed)和 LS(LowSpeed)三種，而
FS 和 USB 1.1 相對應(yīng)，LS 和 USB 1.0 相對應(yīng)。2008 年底，USB-IF 推出 USB 3.0，速率從 480Mbps 提升到 5Gbps，物理層采用了全雙工的 SerDes 結(jié)構(gòu)，又被稱為 USB SuperSpeed；2013 年初，USB-IF 推出 USB 3.1，又稱 USB SuperSpeed+或者 SuperSpeed USB 10G，USB 3.1 包含 Gen1 和 Gen2，Gen1 速率為 5Gbps，和USB 3.0 一致，Gen2 的速率為 10Gbps。所以只有 USB 3.1 Gen2 才是我們平時所理解的 USB 3.1。

在測試之前，作為一名測試工程師，我們需要了解我們所需要測試的產(chǎn)品究竟是USB 3.0 的產(chǎn)品、是 USB 3.1 Gen1 的產(chǎn)品，還是 USB 3.1 Gen2 的產(chǎn)品，USB 3.1 Gen
在物理層可以完全使用 USB 3.0 的測試儀器和測試方法，USB 3.1 Gen2 則需要更高帶寬的儀器以及不同的測試選件；如果作為一名需要使用到 USB 3.1 的用戶，則一定得看準自己購買的產(chǎn)品是不是真正的 USB 3.1 Gen2，以防某些別有用心的商家拿著 USB 3.0 的設(shè)備打著 USB 3.1 Gen1 的旗號濫竽充數(shù)。

從測試方面來說，USB 3.0 無論是速率還是一致性測試的測試方法都和 USB 3.1Gen1 完全相同，所以在下文中，都統(tǒng)一使用 USB 3.1 來表示 USB 3.0 以及 USB 3.1。

2. USB 3.1 測試模式
相比 USB 2.0 來說，USB 3.1 進入測試模式的方法比較簡單，USB 2.0 無論是 Host還是 Device 都無法直接進入測試模式，發(fā)送測試碼型。USB 3.1 的 Link training 狀態(tài)機
如圖 1 所示：USB 3.1 設(shè)備發(fā)射機中有 Rx detection 模塊，在復(fù)位之后，首先 Rxdetection 模塊會檢測對端，如果沒能檢測到對端的存在，則會嘗試降到 USB 2.0 模式；
如果檢測到了對端，USB 3.1 設(shè)備會嘗試給對端發(fā)送 Polling.LFPS 握手信號，如果在規(guī)定的時間內(nèi)收到了對端的握手信號，則會進入正常的通信模式，否則會進入 ComplianceMode，也就是我們所說的測試模式。所以通常在標準的 USB 3.1 設(shè)備的測試過程中，只．需要將 ．．．測試夾具連接待測設(shè)備，然后發(fā)送端連接到示波器，將示波器通道的耦合選選擇為．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
．“DC50” ．．．．．，設(shè)備會自動進入測試模式，并且持續(xù)發(fā)送測試碼型 CP0。

圖 1 USB 3.1 Link Training 狀態(tài)機

但是，某一些設(shè)備(對功耗比較敏感的設(shè)備，例如手機或 Android 平板)在正常的工作狀態(tài)下會禁用測試模式，因為在測試模式下，相當于 USB 模塊在持續(xù)不斷地工作在滿載
狀態(tài)，而且普通用戶在使用的時候是不需要進入測試模式的，所以這些設(shè)備通常都會禁用測試模式，在這種情況下，測試人員看到的現(xiàn)象一般是按照之前的步驟接好設(shè)備和儀器以后，儀器上無法檢測到波形。如果需要對這些設(shè)備進行測試，修改設(shè)備的底軟，使能測試模式。

另一些設(shè)備，例如筆者目前使用的兩臺 Windows 10 筆記本電腦，在按照 USB 3.1 標準的測試步驟進行測試的時候，一開始，能夠正常地進入測試模式，但是接下來，USB的驅(qū)動會介入，然后設(shè)備就會退出測試模式，一直停留在 Polling 狀態(tài)。這種情況，測試人員看到的一般現(xiàn)象是，在示波器上一開始會看到 LFPS 信號(這個信號存在的時間很短，有可能沒注意就會消失)，然后會進入測試模式，示波器上會顯示 CP0 的波形，再接下來會看到 LFPS 信號時閃時現(xiàn)。這種情況下，可以禁用被測設(shè)備的 USB 驅(qū)動，具體方法如下：我的電腦->右擊->管理->設(shè)備管理器，把如圖 2 所示的 USB 驅(qū)動禁用，然后再重新插拔設(shè)備，就可以進入測試模式。

圖 2 Windows 10 USB 設(shè)備驅(qū)動

3. 碼型切換
如果測試人員同時擁有力科的示波器和和力科的 PeRT3 誤碼儀，兩者可協(xié)同配合，切換到測試所需的測試碼型，期間再不需人為介入，如果沒有誤碼儀，則需要手動切換測
試碼型。

USB 3.1 設(shè)備進入測試模式以后，從 Rx 輸入 Ping.LFPS 信號，可以手動使設(shè)備切換測試碼型，連接方式如圖 3 所示，其中 Generator 處接可以產(chǎn)生 Ping.LFPS 信號的信號
源。

圖 3 USB 3.1 Tx 測試連線示意圖

其中，Ping.LFPS 信號如圖 4 所示，并且需要滿足以下要求：tPeriod 在 40ns~200ns之間，即信號速率在 5MHz~25MHz 之間，另外，需要有 2 個以上的 burst，而且重復(fù)的時期不超過 240ms。

力科的示波器可以發(fā)出信號頻率為 5MHz 的快沿信號，可以使用此信號作為Ping.LFPS 信號促使設(shè)備切換測試碼型，具體接線示意圖如圖 5 所示，但是快沿信號會持續(xù)不斷的發(fā)送，所以在實際操作過程中需要使用不斷試觸，確保能夠切換到所需的測試碼型。

圖 4 LFPS 信號示意圖

圖 5 使用 Fast Edge 切換測試碼型

4. 測試碼型甄別
手動切換測試碼型的時候，需人為甄別所需的測試碼型，USB 3.1 需要用到 5 中測試碼型，其中 Gen1 需要用到 LFPS、CP0 和 CP1，Gen2 需要 CP9 和 CP10，其中 LFPS信號為低頻信號，頻率在 5MHz 至 25MHz 之間，而且信號和零電平交錯，如圖 6 所示。CP0 和 CP1 分別為 5Gbit/s 的隨機碼型和 0101 碼型，如需甄別 CP0 和 CP1，可以對被測信號正負端中任意一端測量 Bit Rate，測試結(jié)果為在 5Gbit/s 左右的隨機碼型即為CP01，信號如圖 7 所示，測試結(jié)果在 2.5GHz 左右的是 CP1，信號如圖 8 所示。

CP9 和 CP10 分別對應(yīng) 10Gbit/s 的偽隨機碼和 0101 碼型，甄別方法和 CP0、CP1相似，不再詳述。

1 CP0 和 CP3 都是 5Gbit/s，但是 CP3 對應(yīng)的是 K28.5，很容易看出是重復(fù)碼型，而 CP0 是偽隨機碼，很難看出是重復(fù)碼型，可以以此區(qū)分DUT 1m USB cable

圖 6 LFPS 信號示意圖

圖 7 CP0 信號示意圖

圖 8 CP1 信號示意圖