USB3.0的物理層發(fā)送端測試方案介紹

　　USB簡介

　　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)備連接到計算機(jī)，它使計算機(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，對于目前高清視頻和動輒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)計將在2010年逐漸在計算機(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的物理層測試解決方案，能提供端到端的互操作測試和兼容性測試，包括了Transmitter測試、Receiver測試、TDR測試。此外，力科還提供了業(yè)界領(lǐng)先的USB3.0協(xié)議層測試方案。

　　USB3.0的Transmitter測試

　　對于USB3.0的Transmitter測試，為了測量到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USB3.0一致性測試軟件QualiPHY、眼圖醫(yī)生軟件和測試夾具，可以快速完成USB3.0的發(fā)送端Compliance測試和調(diào)試分析。QualiPHY軟件可以使USB3.0發(fā)送端的各項(xiàng)測試自動化，并生成多種格式的測試報告。在QualiPHY的USB3.0測試軟件中，包括差分電壓擺幅測試、去加重比值測試（De-emphasis ratio test）、眼圖和抖動測試、擴(kuò)頻時鐘測試（Spread Spectrum Test），圖1所示為報告中的整體測試項(xiàng)目概覽，列出了測試項(xiàng)目對應(yīng)的Spec的條目，測試項(xiàng)目的名稱，當(dāng)前測試結(jié)果，測試判定條件等。

　　在發(fā)送端測試中，通常需要消除USB3.0的測試夾具引入的損耗和反射。如下圖1所示為USB3.0發(fā)送端測試示意圖：夾具插到待測試芯片的USB口，夾具上通過PCB的傳輸線USB口引出到4個SMA連接頭（USB3的TX和RX各兩個），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、傳輸線等會使信號發(fā)生衰減、色散或者反射，導(dǎo)致示波器測量到的信號有所惡化。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測量得到），即可計算出沒有夾具時測量到的信號的波形與眼圖。如圖2左下部分所示為示波器測量的USB3.0信號去嵌后測量到的眼圖，圖1右下部分是示波器直接測量到的眼圖（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。從這個比較圖中可以看到力科的去嵌技術(shù)可以消除測試夾具的負(fù)面作用。使用夾具去嵌功能后，可以更加準(zhǔn)確的測量電壓擺幅和去加重的比值。

圖1: 力科一致性測試軟件QualiPHY產(chǎn)生的報告一部分

　　差分電壓擺幅測試

　　差分電壓擺幅測試的目的是驗(yàn)證信號峰峰值是否在0.8-1.2V之間。測試中Device Under Test（簡稱DUT）需要發(fā)送出測試碼型CP8（CP是Compliance Pattern的簡寫，在USB3的物理層測試中，各項(xiàng)測試需要不同的測試碼型，USB3.0規(guī)范中定義了各種測試碼流，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個連續(xù)的1和50-250個連續(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分頻的時鐘。在這些測試中，把USB3.0測試夾具去嵌后測量結(jié)果更精確。