Keysight Technologies 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 Keysight Type-C 解决方案 : 更快完成一致性测试的全套方案 应用笔记
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- 崇靡 昌
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1 Keysight Technologies 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 Keysight Type-C 解决方案 : 更快完成一致性测试的全套方案 应用笔记
2 02 Keysight 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 - 应用笔记 概述 USB Type-C TM 是具突破性的接口连接标准, 专为更轻薄短小的新一代计算机和设备而设计, 可因应高速数据 高电力传输的技术需求, 并且提供更高的灵活性 USB Type-C 的主要目标是创建不同设备间的连通便利性 实现电源管理, 并确保有效的数据传输 USB Type-C 连接接口提供下列功能 : 支持 USB 2.0 和其他协议的动态电力和数据传输 符合新一代和未来设备的重要接口技术指标 具备向下兼容性 正反可插, 方便易用 是德科技针对 USB Type-C 设计与测试挑战和解决方案提供五个系列的应用指南, 本文为其中之一, 主要探讨以下主题 : 传输线和连接器 电力传输 发射 / 接收 仿真和测量之间的关联性 交替 (ALT) 模式 (DisplayPort Thunderbolt MHL) 设计和测试工程师正面临着形形色色的挑战, 不仅要将 USB Type-C 与他们的产品集成, 同时还要确保互操作性与测试兼容性 然而,USB Type-C 一致性测试标准正与日俱增 不仅如此, 数据传输速度和电力传输需求的不断升高, 加上其他功能的推陈出新, 使得整体测试变得更为复杂, 因此工程师需仰赖精准且符合标准的测试仪器 软件和测试夹具, 来确保成功的测试 Type-C 传输线缆与连接器 用来连接设备和供电的 USB 传输线缆种类繁多, 例如 Type-A Type-B Micro 和 Mini 等 相较于现有的 USB 传输线,Type-C 传输线具有高度对称且正反可插的独特优点 计算机和周边设备用户都知道,USB 标准 A/B 连接器只能从一个固定方向插入, 而且可能需要试好几次才能找到正确的方向 USB Type-C 连接器具有对称结构, 方便用户正向或反向插入任何一个 USB Type-C 设备的插槽, 最大限度地提升使用便利性 设计与测试工程师致力将设备接口从 4 针 USB 标准 A/B 连接器升级至 24 针 USB Type-C 连接器的过程中, 面临了许多难题 全新的 USB Type-C 插座和传输线 ( 也称为通道 ) 针对标准 A/B 型连接器 / 传输线的问题做了一些设计变更, 并为新型 Type-C 产品添加更多特性与功能 您必须了解测试挑战和解决方案, 才能顺利进行 USB Type-C 设备的集成与测试 USB Type-C 传输线与连接器 ( 通道 ) 不仅具备 USB 向下兼容性, 并提供更多的电力管理和数据传输功能 USB Type-C 电力传输功能针对不同设备提供高达 20 V 5 A 和 100 W 的动态电力和充电功能 成对的发射机和接收机 (Tx/Rx) 可用于 USB 协议或 DisplayPort MHL Thunderbolt 数据传输等 访客协议, 以实现更高速的数据和影音信号传输 Type-C 数据传输速率最高可达 20 Gbps(Thunderbolt), 未来可望提升到 40 Gbps 这些新功能为设计与测试工程师带来了更艰难的挑战, 他们必须进行 USB-IF 标准一致性测试, 以确保 USB 通道和设备的互操作性
3 03 Keysight 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 - 应用笔记 USB DP Alt USB 2.0 USB DP Alt A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 GND TX1+ TX1- VBUS CC1 D+ D- SBU1 VBUS RX2- RX2+ GND GND RX1+ RX1- VBUS SBU2 D- D+ CC2 VBUS TX2- TX2+ GND B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 Vconn CC USB-PD 图 1:USB Type-C 引脚图 注意, 此对称接口为可正反插拔的结构 引脚功能概述 2 根引脚 (CC1 CC2), 其中 1 根引脚设为 Vconn 端子这些引脚决定了传输线配置并可用于传输线方向侦测 虽然 USB Type-C 连接器正反方向皆可插拔, 但仍需通过传输线方向侦测机制来进行主机 - 从设备连接 Type-C 电缆中只有一条 CC 信号线 将传输线插入插槽时, 电缆会从插槽的配置链路连接至另一端的 CC1 或 CC2, 后者可决定传输线的方向 另一个 CC 引脚则重新设置为 Vconn(5 V 电轨 ), 以便供电给有源传输线的电路, 减少消耗 Vbus 信号线的电力 两对差分引脚 (D+/D-) 这些专用的 USB 2.0 数据总线引脚可确保 USB 2.0 具备向下兼容性 Standard A D+ D + USB Standard B + D D+ 四对供电 / 接地引脚 (V BUS ),(GND) 电力传输电路可管理多项周边设备为它们供电, 让设备能够在指定的电力电平下运行 设备可要求所需的电力, 并可依特定应用需求来要求更大量的电力传输 四对发射机 / 接收机引脚 (TX1+/- RX1+/- TX2+/- RX2+/-) 这些引脚可用于高速数据总线或交替 (ALT) 模式 4 对发射与接收 (Tx/Rx) 引脚可供 1 个 2 个或所有 4 个通道用于数据传输 Type-C 连通性可让两种不同的协议, 同时有源发射和接收数据, 或在未来的 USB 标准上为单一协议提供双倍的 Tx/Rx 传输速度 两个次要总线引脚 (SBU1 SBU2) 目前 Type-C 连通性不支持二级总线或 边带 (sideband) 信号, 但可用于交替模式数据传输或未来的扩展功能 不同于早先包含电力传输线和两条数据传输线的 USB 连接方向,USB Type-C 通道可动态调整电力电平和数据信号 完成初始的点对点 USB Type-C 连接后,CC1/CC2 引脚可决定传输线的方向, 而设备会接收到连通性讯息并且创建主机与设备的关系 接着, 电力传输电路开始通过 Vbus 和 Gnd 连通性控制各个连接设备的电力传输 每个设备可决定使用哪些 Tx/Rx 引脚 ( SBU1/2 引脚用于协议交互 ) Tx/Rx 引脚可用于 USB 或其他协议, 其他引脚则可成对并联以提供更快的数据传输速度 电力传输电路可控制通道电力和信号电平, 可在连接设备进行充电或数据传输时, 随时加以调整 使用 USB Type-C 产品时, 您会发现此接口的功能更强大, 也更容易使用 然而, 工程师面临更多复杂的测试挑战, 尤其是进行通道测试时必须将各种不同的功能场景纳入考虑
4 04 Keysight 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 - 应用笔记 USB Type-C 传输线与连接器的测试挑战 USB Type-C 传输线与连接器的测试挑战来自于繁复的技术指标和向下兼容性要求 尽管如此, 这些严苛的技术指标扮演了重要的角色, 以确保 USB 产品之间可以顺利地互操作 根据 USB-IF 协会的规范,Type-C 必须支持旧版的 USB 技术指标信号 (USB 2.0 和 USB 3.0) 除了这项强制性的向下兼容性要求之外,USB-IF 还定义了两条 USB Type-C 传输线, 两端均为 Type-C 接头 : USB 3.1 Type-C 传输线的传输速度可以是 10 Gbps Gen2 或 5 Gbps Gen1( 传输线较长, 约 2 公尺 ) USB 2.0 Type-C 连接至旧型主机 ( 通常用于移动设备充电 ) USB 3.1 和 Type-C 并未明确规定电气兼容通道的传输线长度, 而是定义通道损耗, 以确保 USB 主机和设备之间的互操作性 例如, 两公尺长的传输线, 其插入损耗不可超过 7 db 在 20 db SuperSpeed Gen 1 的限制下, 主机和设备合计的插入损耗不得超过 13 db USB Type-C 定义了各种通道技术指标, 包含对称式连接器 高速数据传输 高电力 多种数据传输类型和向下兼容性等, 因此工程师必须测试大量的配置, 以验证 USB 通道一致性 不同配置的信道性能也会受到前述之插入损耗, 以及反射和串扰的影响 为了去除测试夹具效应, 工程师必须采取比以往更为严格的方式来减少夹具通道响应带来额外误差, 并且在一致性测试过程中控制 USB Type-C 通道内的 EMI 和 RFI 干扰 消除测试夹具效应 在各种频率下对 Type-C 互连执行准确的电气表征是成功设计高速总线的关键 随着数据传输速率提高到 10 Gbps, 表征工作变得更加困难 工程师通常使用矢量网络分析仪 (VNA) 在频域中进行高速互连电气表征, 过程中需使用测试夹具来连接被测件 (DUT) 和矢量网络分析仪 测试完成后, 必须完全移除测试夹具, 以避免夹具有限带通响应干扰测试结果, 尤其是在高频状况下 您可通过校准或去嵌入来去除测试夹具效应, 所使用的仪器质量越精良 操作越完善, 测量精度就越高 0 [USB Cable Assembly] Differential Insertion Loss [db] -15 [TRL] -20 [De-embedding (AFR)] [ECal] -25 [No Cal] [Type-C Limit] E E E E+10 Freq [GHz] 图 3: 高频率会导致大量的损耗, 因此需通过更严格的方式来消除测试夹具效应, 如此才能测量到连通性设备的实际性能
5 05 Keysight 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 - 应用笔记 通道响应所受的影响 损耗 反射 串扰及模式转换等, 都会对通道响应造成影响 传统上, 工程师会测量参数特性, 例如时域阻抗与时间偏差 频域插入损耗和回返损耗, 并且测试特定的参数极限值, 以便分析互连特性 参数技术指标保守地设置了极限值, 因此传输线必须通过参数测试以确保其互操作性 由于这种测试方法不允许工程师对参数性能加以取舍, 因此现在已弃而不用 举例而言, 通道的损耗越少, 就可以容忍较多的串扰或反射, 反之亦然 对此,Type-C 通道的通过 / 不通过测试方法必须更新并加以改善 现今多半通过眼图直接观察链路末端的眼睛特性, 以分析 Type-C 通道特性, 这种测量方法又称为 压力眼图 分析 压力眼图分析法将预期的发射机最差状况性能信号, 作为互连的 压力 信号, 并使用眼图评估互连输出 如果互连能够以等于或优于发射机输入端指定的眼睛特性, 正确地传输压力信号, 就能以任何符合标准发射机的信号运行 对眼图进行分析时, 工程师会运用各种形式的信号调节 加重及均衡, 并同时进行互连设备的通过 / 不通过测试 图 4: 通道响应会受到通道内许多特性 ( 损耗 反射 串扰和模式转换 ) 的影响, 因此传统的参数分析方法已不再适用, 工程师需要使用新的压 力眼图测试 ( 通道参数 / 边限 ) 来进行测量
6 06 Keysight 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 - 应用笔记 抑制电缆配件的 EMI 和 RFI 干扰 新型的 Type-C 插座设计提供更多接地和更好的整体屏蔽, 以便防止射频 (RF) 泄漏, 并且减少了 USB 3.1 射频干扰 (RFI) 问题 此外,Type-C 新增了技术指标标准, 强制要求对传输线屏蔽有效性进行测量, 以便控制传输线的辐射值 传输线屏蔽性能测试旨在测量电缆组件的射频干扰程度 进行测量时, 须将电缆组件安装在传输线屏蔽性能测试夹具 (USB-IF 尚在研发中 ) 上, 该夹具包含五个 SMA 连接器 : 两对用于成对的发射机和接收机, 一个用于连通性电缆屏蔽 工程师需针对成对的 Tx 和 Rx 信号, 分别测量电缆屏蔽差模 (Ssd12) 和电缆屏蔽共模 (Ssc12) 的耦合因素 传输线 / 连接器测量解决方案是德科技测试夹具效应解决方案 传统的传输线 / 连接器一致性测试使用矢量网络分析仪进行频域分析, 并使用时域反射计 (TDR)( 采样示波器功能之一 ) 进行时域分析 为此, 是德科技推出具备高级时域分析功能 ( 选件 TDR) 的全新 Keysight ENA 系列网络分析仪 我们建议使用此多合一解决方案来测量所有的一致性参数 此外, 受 ENA USB 接口所控制的 Keysight N4433A ENA 微波电子校准 (ECal) 模块, 可用于 ENA 校准并可消除测试夹具效应 在 USB-IF 公布一致性规范的同时, 是德科技提供的 操作方法 (MOI) 让工程师能够依照各个步骤进行特定参数测量 请上网查看 USB Type-C 电缆连接器组件实作方法 : 除了用于 USB 测试之外,ENA 选件 TDR 也通过认证, 可支持各种高速串行标准的测量 请至是德科技网站下载相关测量程序 :
7 07 Keysight 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 - 应用笔记 典型配置 ENA 主机 E5071C-4K5:4 端口,300 khz 至 20 GHz 的频率量程 建议使用此选件, 因为 Type-C 传输线 / 连接器需测量高达 15 GHz 的频率 增强型时域分析选件 (E5071C-TDR) 电子校准模块 (N4433A) 注意 : 本列表包含必要的主要设备 请洽是德科技销售和工程师以获得更多配置信息 Keysight E5071C ENA 系列网络分析仪为理想的解决方案, 可协助制造与研发工程师评估频率高达 20 GHz 的射频器件和电路 Keysight N4433A 微波电子校准模块支持 300 khz 到 20 GHz 的频率, 配备 3.5 mm 接头和 4 个端口, 可与矢量网络分析仪共同进行快速又准确的完整 3 端口或 4 端口校准 此外, 许多高速串行一致性测试中心也开始采用 ENA 选件 TDR Keysight N1930B 物理层测试系统软件 (PLTS 2016) 具备自动化的测试夹具效应移除 (AFR) 功能, 可与 Keysight PNA 和 ENA 网络分析仪 ( 包含新型 PXI VNA 体系结构 ) 搭 配使用, 提供当今高速数字设计工程师亟需的强大信号集成工具 PLTS 为物理层装置测量与分析必备的信号集成解决方案 向导程序可协助用户轻松校准和测量多端口装置 完成测量后,PLTS 提供各种显示 分析 重新格式化和转换工具, 并可执行数据汇入与汇出 结语 全新的 USB Type-C 技术指标为电缆组件测试带来许多前所未有的挑战 工程师需解决信号集成性问题, 以避免不断提高的数据传输速率导致系统性能下滑, 而加速进行互连测试与表征变得越来越重要 单机式 ENA 选件 TDR 解决方案可执行阻抗 S 参数和眼图等高速互连分析 Keysight Type-C 解决方案内含软件 仪器和测试夹具, 是专为此通用接口之标准测试而量身打造的完备解决方案 无论您专精于设计或是验证领域, 我们的解决方案都可协助您加速完成调试 表征, 及最后的一致性测试 下载软件, 为您开辟测量新视野 是德科技软件将我们渊博的专业技术集于一身, 供您轻松下载使用 从第一次仿真到开始向客户发货, 我们为您的团队提供最卓越的工具, 帮助您加速将数据转化为信息, 进而转化为可以指导实践的洞察力 电子设计自动化软件 (EDA) 应用软件 编程环境 提升效率的软件 了解详情 : HARDWARE + SOFTWARE + PEOPLE = USB INSIGHTS 立即获得 30 天免费试用版 :
8 08 Keysight 如何确保 USB Type-C 传输线缆与连接器的互操作性和标准一致性 - 应用笔记 从惠普到安捷伦再到是德科技 传承 75 年创新史, 我们始终帮助您开启测试测量新视野 我们独有的硬件 软件和技 术人员资源组合能够帮助您实现下一次突破 1939 年成立的惠普公司起源于电子测量, 是德科技将这一业务传承至今, 并将继续发扬光大 1939 未来 DEKRA Certified ISO9001 Quality Management System mykeysight 个性化视图为您提供最适合自己的信息! 3 年保修是德科技卓越的产品可靠性和广泛的 3 年保修服务完美结合, 从另一途径帮助您实现业务目标 : 增强测量信心 降低拥有成本 增强操作方便性 是德科技保证方案 10 年的周密保护以及持续的巨大预算投入, 可确保您的仪器符合规范要求, 精确的测量让您可以继续高枕无忧 是德科技公司 DEKRA 认证 ISO 9001:2015 质量管理体系 Keysight Infoline 是德科技的洞察力帮助您实现最卓越的信息管理 免费访问您的是德科技设备公司报告和电子图书馆 是德科技渠道合作伙伴 黄金搭档 : 是德科技的专业测量技术和丰富产品与渠道合作伙伴的便捷供货渠道完美结合 如欲获得是德科技的产品 应用和服务信息, 请与是德科技联系 如欲获得完整的产品列表, 请访问 : 是德科技客户服务热线热线电话 : 热线传真 : 电子邮件 : [email protected] 是德科技 ( 中国 ) 有限公司北京市朝阳区望京北路 3 号是德科技大厦电话 : 传真 : 邮编 : 是德科技 ( 成都 ) 有限公司成都市高新区南部园区天府四街 116 号电话 : 传真 : 邮编 : 是德科技香港有限公司香港北角电器道 169 号康宏汇 25 楼电话 : 传真 : 上海分公司上海市虹口区四川北路 1350 号利通广场 19 楼电话 : 传真 : 邮编 : 深圳分公司深圳市福田区福华一路 6 号免税商务大厦裙楼东 3 层 3B-8 单元电话 : 传真 : 邮编 : 广州分公司广州市天河区黄埔大道西 76 号富力盈隆广场 1307 室电话 : 传真 : 邮编 : 西安办事处西安市碑林区南关正街 88 号长安国际大厦 D 座 501 电话 : 传真 : 邮编 : 南京办事处南京市鼓楼区汉中路 2 号金陵饭店亚太商务楼 8 层电话 : 传真 : 邮编 : 苏州办事处苏州市工业园区苏华路一号世纪金融大厦 1611 室电话 : 传真 : 邮编 : 武汉办事处武汉市武昌区中南路 99 号武汉保利广场 18 楼 A 座电话 : 传真 : 邮编 : 上海 MSD 办事处上海市虹口区欧阳路 196 号 26 号楼一楼 J+H 单元电话 : 传真 : 邮编 : 本文中的产品指标和说明可不经通知而更改 Keysight Technologies, 2016 Published in USA, February 24, 2016 出版号 : CHCN
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是德科技 三个理由让您选择深存储快响应示波器 应用指南 介绍 1. 更长的波形捕获时间 = / 1 1 Mpts 10 GSa/s 1 2 100 Mpts 10 1. = / 1 Mpts 10 GSa/s 1 ms 2. = / 100 Mpts 10 GSa/s 10 ms 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts 3 3. 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts? Agilent
X PXA/MXA/EXA/CXA PNA-X SNS
02... 2... 3... 4... 5... 10 X PXA/MXA/EXA/CXA... 11 PNA-X... 13 SNS... 14 346... 15... 17... 18 50 3 9 10 19 20 www.keysight.com/find/noisefigure 03 LNA LNA DUT S Y Y Y 57-1 5952-8255 CHCN 50 Ω S21 PNA-X
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是德科技 T4010S 一致性测试系统 技术概述
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是德科技 E5080A ENA 系列网络分析仪 - 9 khz 至 4.5/6.5/9 GHz
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片式铁氧体电感 SDFL 系列 Chip Ferrite Inductor SDFL Series Operating Temp. : -40 ~ +85 特征 迭层独石结构 高度可靠性 体积小 良好的磁屏蔽, 无交叉耦合 无引线结构, 适合表面安装 良好的可焊性和耐焊性 适合于流焊和回流焊用途 可用来抑制电子设备中的电磁干扰, 广泛的运用于通讯 视频 / 音频 计算机 遥控器等领域 FEATURES
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