Microsoft Word - GRL- USB3.2 Electrical Compliance Test

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咸鸣於
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1 USB 3.2 Electrical Compliance Test 技流科技有限公司 Granite River Labs 曾威華 Wing Tseng 本篇文章我們將介紹 USB3.2 的物理層 (Physical Layer) 測試在物理層測試當中, 分為傳送 (Transmitter) 測試以及接收 (Receiver) 測試兩大部分, 傳送測試可比喻成驗證 USB 產品的說話能力, 接收測試則比喻為 USB 產品的聽力通過測試認證的 USB 產品就應當有著穩定的訊號傳送及接收能力 USB3.2 在開始傳輸資訊之前, 會先使用 LFPS 訊號先行溝通, 這種低頻週期訊號可節省產品功耗, 所以在物理層的訊號測試也會對 LFPS 訊號進行測試 USB3.2 傳送測試 (Tx Test) LFPS 發送測試在 USB3.2 物理層 CTS (Compliance Test Specification) 中, 規定使用待測物 (DUT) 前五個發送的 LFPS Bursts 來做測試, 圖 ( 一 ) 為 SCD1 在示波器上的波型圖 ( 一 ) 接著將利用擷取到的 LFPS 波型來分析測試, 分析項目和規範如下表 ( 一 ) 分析項目 tburst trepeat tperiod trise Time tfall Time 規範 0.6 us 1.4 us 6 us 14 us 20 ns 100 ns 為 Gen1, 20 ns 80 ns 為 Gen2 < 4 ns < 4 ns Duty Cycle 40% ~ 60% AC Common Mode Voltage < 100 mv Peak-Peak Differential Output Voltage 800 mv 1.2V 表 ( 一 ) 由規範可發現測試對 LFPS 的 Burst 相關時間長度及上升下降時間和占空比 (Duty Cycle) 有所要求, 另外在 AC Common Mode Voltage 和 Peak-Peak Differential Output Voltage 對於差分訊號相加或相減之後的規範, 代表兩個差分訊號的相位差及電壓大小不可相差太多

2 USB3.2 Gen1 及 Gen2 傳送測試在此測試中需要將待測物 (DUT) 進入 Compliance Mode, 此模式共有 17 種 Pattern, 整理介紹如下表 ( 二 ) Compliance Pattern CP0 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 CP12 CP13 CP14 CP15 CP16 介紹, 偽隨機亂數 PRBS16,5Gbps 的 Clock,Gen1 的 LFPS 波型, 含 De-Emphasis, 不含 De-Emphasis Gen2 波型, 偽隨機亂數 PRBS23 Gen2 波型,10Gbps 的 Clock Gen2 波型 Gen2 波型 Gen2 波型, 含 Pre-shoot Gen2 波型, 含 De-Emphasis Gen2 波型, 含 Pre-shoot 和 De-Emphasis Gen2 波型, 不含 Pre-shoot 和 De-Emphasis 表 ( 二 ) 接著我也將測試項目還有其對應的測試波型整理如表 ( 三 ): 測試項目 Gen1 眼圖 Gen1 Total Jitter Gen1 Random Jitter Gen1 SSC Gen2 眼圖 Gen2 Total Jitter Gen2 Random Jitter Gen2 SSC 使用波型 CP0 CP0 CP1 CP1 CP9 CP9 CP10 CP10 表 ( 三 ) 眼圖測試代表訊號的基本品質, 每一個 Unit Interval 都不壓到 Eye mask 表示發送的訊號能準確的區分邏輯 0 和邏輯 1, 電壓大小及抖動量也都有在一定的規範內眼圖的規範範圍如表 ( 四 ): 測試項目規範眼高規範眼寬 Gen1 眼圖 100 mv 無定義 Gen2 眼圖 70 mv 48 ps 表 ( 四 )

3 附上 USB3.2 Gen2 的 Long Channel 眼圖如圖 ( 二 ) 供大家參考 : 圖 ( 二 ) Gen2 的 Tx EQ 測試代表了 USB 晶片發送訊號的 EQ 調整量要在規範範圍表 ( 五 ) 之內測試項目 De-Emphasis Pre-shoot 規範 -4.1 db -2.1 db 1.2 db 3.2 db 表 ( 五 ) 最後是 SSC 測試, 在目前越來越高速傳輸的介面會產生電磁干擾 (EMI),USB-IF 協會使用了展頻時脈 SSC (Spread Spectrum Clock) 的方式來降低傳輸訊號在同一個頻率上的頻譜振幅, 也進而減少了電磁干擾 SSC 的原理類似我們的頻率調變 (Frequency Modulation), 對傳輸訊號做一個三角波週期的頻率調變圖 ( 三 ) 為 Normal Mode SSC 三角波週期調變範圍圖 ( 三 )

4 表 ( 六 ) 為 SSC 測試項目及其規範 : 測試項目 SSC Modulation Rate Normal Mode SSC Deviation Min SSC Deviation Max SSC Modulation Rate Radio Frequency Mode SSC Deviation Min SSC Deviation Max 表 ( 六 ) 規範 khz ppm ppm khz ppm ppm USB3.2 接收測試 (Rx Test) LFPS 接收測試此測試只針對 USB3.2 Gen1 的訊號做測試, 測試目的是希望待測物能夠正確的接收到 Link Partner 的 LFPS 測試原理儀器端會發送四種較差的 LFPS 給待測物, 若待測物接收到這四種 LFPS 還能夠順利溝通並回傳 TSEQ 則代表通過此測試表 ( 七 ) 為測試使用的四種 LFPS: Peak-Peak Differential Voltage 800 mv 50 % 1200 mv 50 % 1000 mv 40 % 1000 mv 60 % 表 ( 七 ) Duty Cycle USB3.2 Gen1 及 Gen2 接收測試在接收測試中, 要使待測物進入 Loopback Mode 在此模式時,USB 產品會回傳收到的訊號測試目的為 USB 產品在接收訊號上能夠準確判斷 Link Partner 在傳送的訊號所以測試上儀器會先與待測物溝通進入 Loopback Mode, 接著開始發送測試訊號, 當中測試訊號會加上一定的抖動頻率及其對應的抖動量給待測物, 待測物接收到測試訊號後回傳給誤碼儀 (Error Detector), 只要小於等於 1 個 Bit Error, 表示待測物通過 Rx 測試 USB3.2 Gen1 共有 8 個 Sj 測試點, 每點測試 3x10 10 個 Bits, 每點測試時間約為 6 秒鐘, 測試點如表 ( 八 ): Sinusoidal Jitter Jitter Level 50 MHz 40 ps 33 MHz 40 ps 20 MHz 40 ps 10 MHz 40 ps 4.9 MHz 40 ps 2 MHz 100 ps 1 MHz 200 ps 0.5 MHz 400 ps 表 ( 八 )

5 USB3.2 Gen2 共有 9 個 Sj 測試點, 每點測試約 1.2x10 12 個 Bits, 每點測試時間約為 2 分鐘, 測試點如表 ( 九 ): Sinusoidal Jitter Jitter Level 100 MHz 17 ps 50 MHz 17 ps 30 MHz 17 ps 15 MHz 17 ps 7.5 MHz 17 ps 4 MHz 37 ps 2 MHz 87 ps 1 MHz 203 ps 0.5 MHz 476 ps 表 ( 九 ) 最後附上 USB3.2 Gen2 接收測試的結果如圖 ( 四 ) 供大家參考 : 圖 ( 四 ) 參考文獻 : Universal Serial Bus 3.2 Specification, September 22, 2017 Electrical Compliance Test Specification Enhanced SuperSpeed Universal Serial Bus, February 14, 2017

6 作者 : GRL 測試工程師曾威華 Wing Tseng 擅長 USB PCIe SATA 介面測試 GRL 技術文章作者及講師希望幫助大家順利測試拿到介面 Logo, 彼此互相交流共同成長飛翔技流科技有限公司 Granite River Labs: 公司簡介 : 創立於 2010 年初, 為高速訊號傳輸測試界的領航者, 在高速訊號發展快速且複雜的研發環境下以專業領先的技術為顧客所信賴具有專業的技術人員高性能的標準測試設備自動化測試解決方案和便利的服務據點為基礎, 同時設計出簡易操作的解決方案, 提供客戶最完善且專業的服務, 宗旨在與顧客一起克服挑戰聯繫我們 : 台北市內湖區內湖路一段 516 號 4 樓電話 : +886 (2) [email protected] 官網 : 本文件中規格特性及其說明若有修改恕不另行通知發佈日期 2019/05/20 AN TW

画像処理に新しい価値を提供するUSB3.0カメラ(国際画像機器展2014)

画像処理に新しい価値を提供するUSB3.0カメラ(国際画像機器展2014) December 3, 2014 Toshiaki Iwata Copyright 2014 TOSHIBA TELI CORPORATION, All rights reserved. USB3.0 / USB3 Vision Copyright 2014 TOSHIBA TELI CORPORATION, All rights reserved. 2 Copyright 2014 TOSHIBA