快速領(lǐng)略USB 3.0問題癥結(jié)與解決方案

根據(jù)市調(diào)機構(gòu)In-Stat年初所公布的報告指出，USB 3.0的外圍應(yīng)用出貨量在2011年大約為7000萬部，到了2014年將蓬勃發(fā)展并飆破10億部。同時他們也預(yù)估在2015年時，筆記本電腦將成為USB 3.0接口的最大載具，屆時將約有50億個外圍應(yīng)用可搭載不同形式的USB接口，包含電腦、手機、主機外殼、消費性電子以及影音多媒體等產(chǎn)品。

　　換言之，隨著消費性電子產(chǎn)品的功能特性不斷升級，市場規(guī)模也隨之起舞與擴張，越來越多應(yīng)用都需要高帶寬的傳輸速度來滿足消費者的使用情境與體驗，而USB 3.0即是目前所提出的最佳解決方案之一。除了數(shù)據(jù)傳輸速度比USB 2.0快上10倍外，更向下兼容目前已廣泛被使用的傳統(tǒng)USB產(chǎn)品，進階后的電源管理系統(tǒng)不但能提高80%的供電率以提升充電效能外，更能以低功耗的狀態(tài)執(zhí)行作業(yè)以延長電池的使用時間。In-Stat更指出，Intel推出的Ivy Bridge處理器將首次內(nèi)建并原生支持USB 3.0功能，再搭配Microsoft新一代操作系統(tǒng)Windows 8的推出，將成為普及USB 3.0的一大動力，也意味著USB 3.0未來全面滲透市場的無限可能。

　　不可否認地，USB技術(shù)已然成為鏈接個人電腦/手機與外部設(shè)備的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足不斷成長的數(shù)據(jù)帶寬傳輸速度與需求，USB-IF在2008年正式公布了USB 3.0的技術(shù)規(guī)格，同時也帶來新的設(shè)計/測試的挑戰(zhàn)；在經(jīng)過4年時間的市場探索與技術(shù)磨合，越來越多支持USB3.0產(chǎn)品上市，大家都期許能有更高速、更節(jié)能的USB產(chǎn)品。而為了達成這項技術(shù)規(guī)格的質(zhì)量穩(wěn)定與效能保障，從促進規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化入手，建立一套完整的測試解決方案絕對是各家廠商在驗證或推出USB 3.0應(yīng)用產(chǎn)品的必經(jīng)之路。因此，百佳泰特別針對在實際驗證USB 3.0兼容性測試時，比較常遇到的問題跟分析做一些分享，希望可以提供廠商在開發(fā)產(chǎn)品時一個參考準(zhǔn)則。

　　USB 3.0的兼容性測試主要分為兩個類別，裝置端（device）與主機端（host）。在裝置端的部分，必須通過"互操作性測試"（xHCI Interoperability test）的檢驗，其主要是針對所有USB 3.0的產(chǎn)品架構(gòu)所作的裝置互操作性測試，讓各種USB 3.0產(chǎn)品能與其他裝置有效地互通并協(xié)同運作，不會因為軟、硬件版本的不同而失效。在主機端部分，除了作互操作性測試外，還得進行另一項名為"向后兼容測試"（xHCI Backwards compatibility test）的驗證，其測試標(biāo)的除了整個USB產(chǎn)品架構(gòu)外，xHCI controller還必須與現(xiàn)不同的USB產(chǎn)品（known good device）作測試，以確保不同的USB產(chǎn)品在這個主機端上能夠正常的運作。我們可以發(fā)現(xiàn)，USB 3.0的推出除了代表速度與效能的技術(shù)提升外，為了確保與前代技術(shù)與裝置的兼容性，類似的互操作性與向后兼容測試勢必非常重要，才能讓原本的USB技術(shù)維持零落差的技術(shù)條件與使用情境。與USB 2.0測試不同的是，某些測試上的問題肇因是單單發(fā)生在USB 3.0測試當(dāng)中，這也意味著即使USB 2.0已高普及化，但在實際驗證USB 3.0時還是會遇到許多新的難題，值得廠商與我們?nèi)ヒ灰豢朔鸵呻y解答。

　　問題分享一：最低SSC延展幅度不符合規(guī)范（±300 PPM）。

　　在Electrical Test的部分，由于USB 3.0的傳輸速率高于USB 2.0有十倍之多， EMI（Electromagnetic interference）的影響也相對嚴(yán)重；因此，在USB 3.0的規(guī)范中加入了SSC（Space Spectrum Clock）技術(shù)規(guī)范，其目的即是透過SSC來降低EMI所帶來的效應(yīng)，以確保USB 3.0的訊號質(zhì)量不會受到影響。在USB 2.0時期，由于屬較低的傳輸速率，受到EMI的干擾也較輕，因而未將SSC技術(shù)納入規(guī)范；然而，隨著USB 3.0的高速傳輸能力上升，間接地越容易受到EMI的干擾。因此，在USB 3.0的測試規(guī)范中，也特別去測試其SSC此技術(shù)來驗證電子訊號的質(zhì)量。

　　根據(jù)SSC技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)指出，其量測出的triangle訊號圖，其上下展幅為： ±300 ppm（Min）；-3700 ~ -5300 ppm（Max）。我們可以從圖一的案例發(fā)現(xiàn)，其最低的展幅為333 ppm,并不在正常規(guī)范內(nèi)。緊接著，我們著手進行疑難解答的動作，發(fā)現(xiàn)在這個情境中的問題肇因即為不正確的負載電容振蕩電路的輸出頻率偏移，進而造成SSC展幅偏移。因此，透過改變負載電容來調(diào)整輸出頻率，從16pF調(diào)成20pF（表一），其最低的展頻幅度為204 ppm（圖二），已符合SSC技術(shù)規(guī)范要求。換言之，其問題肇因即是晶體振蕩電路的電容負載值。