USB3.0的物理層發(fā)送端測(cè)試方案介紹

　　USB簡(jiǎn)介

　　USB(Universal Serial Bus)即通用串行總線，用于把鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、MP3、U盤等外圍設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)，它使計(jì)算機(jī)與周邊設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)化，從 2000年以后，支持USB2.0版本的計(jì)算機(jī)和設(shè)備已被廣泛使用，USB2.0包括了三種速率：高速480Mbps、全速12Mbps、低速 1.5Mbps。目前除了鍵盤和鼠標(biāo)為低速設(shè)備外，大多數(shù)設(shè)備都是速率達(dá)480M的高速設(shè)備。

　　盡管USB2.0的速度已經(jīng)相當(dāng)快，對(duì)于目前高清視頻和動(dòng)輒GByte的數(shù)據(jù)傳輸還是有些慢，在2008年11月，HP、Intel、微軟、NEC、ST-NXP、TI聯(lián)合起來正式發(fā)布了 USB3.0的V1.0規(guī)范。USB3.0又稱為Super Speed USB，比特率高達(dá)5Gbps，相比目前USB2.0的480Mbps的速率，提高了10倍以上，引用Intel專家Jeff Ravencraft的話：“以25GB的文件傳輸為例，USB2.0需要13.9分鐘，而3.0只需70秒左右?！?5GB，正好是單面單層藍(lán)光光盤的容量。USB3.0預(yù)計(jì)將在2010年逐漸在計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品上使用。

　　力科于2009年4月發(fā)布了USB3.0的物理層測(cè)試解決方案，能提供端到端的互操作測(cè)試和兼容性測(cè)試，包括了Transmitter測(cè)試、Receiver測(cè)試、TDR測(cè)試。此外，力科還提供了業(yè)界領(lǐng)先的USB3.0協(xié)議層測(cè)試方案。

　　USB3.0的Transmitter測(cè)試

　　對(duì)于USB3.0的Transmitter測(cè)試，為了測(cè)量到5次諧波，需要帶寬12.5GHz以上的示波器，力科的SDA813Zi帶寬 13GHz，采樣率40GSamples/s（最高可達(dá)80GS/s），配合USB3.0一致性測(cè)試軟件QualiPHY、眼圖醫(yī)生軟件和測(cè)試夾具，可以快速完成USB3.0的發(fā)送端Compliance測(cè)試和調(diào)試分析。QualiPHY軟件可以使USB3.0發(fā)送端的各項(xiàng)測(cè)試自動(dòng)化，并生成多種格式的測(cè)試報(bào)告。在QualiPHY的USB3.0測(cè)試軟件中，包括差分電壓擺幅測(cè)試、去加重比值測(cè)試（De-emphasis ratio test）、眼圖和抖動(dòng)測(cè)試、擴(kuò)頻時(shí)鐘測(cè)試（Spread Spectrum Test），圖1所示為報(bào)告中的整體測(cè)試項(xiàng)目概覽，列出了測(cè)試項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的Spec的條目，測(cè)試項(xiàng)目的名稱，當(dāng)前測(cè)試結(jié)果，測(cè)試判定條件等。

　　在發(fā)送端測(cè)試中，通常需要消除USB3.0的測(cè)試夾具引入的損耗和反射。如下圖1所示為USB3.0發(fā)送端測(cè)試示意圖：夾具插到待測(cè)試芯片的USB口，夾具上通過PCB的傳輸線USB口引出到4個(gè)SMA連接頭（USB3的TX和RX各兩個(gè)），然后用SMA接口的同軸電纜連接到示波器。由于夾具上的連接器、過孔、傳輸線等會(huì)使信號(hào)發(fā)生衰減、色散或者反射，導(dǎo)致示波器測(cè)量到的信號(hào)有所惡化。力科的眼圖醫(yī)生軟件包括了夾具去嵌功能，只需輸入夾具的S參數(shù)模型文件（可由VNA或者TDR測(cè)量得到），即可計(jì)算出沒有夾具時(shí)測(cè)量到的信號(hào)的波形與眼圖。如圖2左下部分所示為示波器測(cè)量的USB3.0信號(hào)去嵌后測(cè)量到的眼圖，圖1右下部分是示波器直接測(cè)量到的眼圖（即未作夾具去嵌的眼圖），相比后者，前者的上升下降沿更陡峭，眼輪廓清晰，眼張得更開。從這個(gè)比較圖中可以看到力科的去嵌技術(shù)可以消除測(cè)試夾具的負(fù)面作用。使用夾具去嵌功能后，可以更加準(zhǔn)確的測(cè)量電壓擺幅和去加重的比值。

圖1: 力科一致性測(cè)試軟件QualiPHY產(chǎn)生的報(bào)告一部分

　　差分電壓擺幅測(cè)試

　　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Device Under Test（簡(jiǎn)稱DUT）需要發(fā)送出測(cè)試碼型CP8（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，USB3.0規(guī)范中定義了各種測(cè)試碼流，USB3.0的芯片廠商提供了軟件接口來配置其發(fā)送數(shù)據(jù)的碼型），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。