USB2.0物理层一致性(Compliance)测试方案

通用串行总线 (USB) 是自 1996 年以来应用广泛的串行接口。从 5 美分 USB 密钥到高端服务器，每年预计创造超过 20 亿个 USB 接口和电缆。Tektronix 提供适用于 USB 芯片、主机HOST、设备DEVICE和集线器HUB测试和调试的全面自动化解决方案。我们的软件可提供快速准确的测量结果，并降低设置、配置和仪器控制等测试复杂性。

USB vs USB-C, USB3.1, USB3.2, USB34

1. 一致性的由来

 

物理层一致性测试最初发轫于 USB2.0 标准，由 USB-IF 协会和业界巨擎Intel 公司推广普及。由于采用 USB2.0 标准的主机(Host)及设备(Device)和集线器(Hub)数量暴增，需要解决各设备之间的物理层和协议层的兼容性和分歧，因此制定了一个统一的标准化的衡量方法来评估各设备的信号质量。一致性测试类似黑盒测试，通常只关注设备外部接口处的信号质量。通过协会认可的一致性测试，可以打上对应的Logo 。今天一致性测试已经广泛被各大标准和协议会组织采纳，比如 HDMI，DisplayPort，USB3.x，SATA/SAS，PCIExpress，ThunderBolt 等。

 

 

2. 什么是一致性测试

 

业界广泛接受的用同一把尺子来衡量产品的信号质量是否符合标准的测试的统称，其依据就是各个标准和协会组织定义的一致性测试规范CTS (Compliance Test Specification)。通过对产品进行一致性测试，除了了解产品是否符合标准测试规范外，还可以量化信号的各指标距离CTS 的裕量。如果裕量充分，则意味着可以对产品进行降成本设计，反之则需要重新设计。对于系统厂家，在快速变化的市场和残酷激烈的竞争面前，降低产品成本是生存的法宝。对于上游芯片厂家而言，基于其芯片的系统经过一致性测试如果可以显示出有非常高的裕量，则可以表明其产品的性能，为其下游客户的产品设计和开发提供了充分的信心和裕量以供进行降成本设计。因此一致性测试对于整个行业而言其重要性不言而明。

 

3.USB 2.0测试内容

 

USB 2.0是一种采用4线系统的串行总线：VBUS , D-, D+和接地。D-和D+是主要的信息载体。VBUS 为设备 供电，从主机或集线器获得主电源。 USB 2.0描述的速度选项和上升时间如下：

USB 2.0设备可以自行供电(有自己的电源)，也可以由 总线供电(通过主机获得电源)。自行供电的设备必须吸 收尽可能少的电源。USB 2.0规范列出了这方面的测试。

USB 2.0电接口测试包括信号质量、浪涌电流及下跌和衰落测试。

信号质量测试是保证USB 2.0设备满足标准、获得USB 2.0 认证标志的关键之一。

信号质量测试包括：

►眼图测试

►信号速率

►包结尾(EOP)宽度

►交叉点电压范围

►JK对抖动

►KJ对抖动

►连续抖动

►上升时间

►下降时间

眼图测试是唯一的、也是串行数据应用中同类第一个测试。

信号质量测试设置对上行测试和下行测试不同。在上行测试中，捕获从设备发送到主机的信号，而在下行测试中，则捕获从主机发出的信号。下行测试通常在集线器的多个端口上执行。

信号质量测试要求带宽在2GHz以上的实时示波器 和单端(低速和全速)探头，差分(高速)探头。此外，这一测试要求测试软件和测试夹具。

 

检查浪涌电流

由于USB 2.0是一种可以热插拔的技术，因此必须特别注意，以保证设备吸收的电流不会超过指定极限。如果吸收的电流超过指定值，那么可能会妨碍连接到总线上的其它USB 2.0设备的运行。将同时检查自行供电设备和总线供电设备的涌入电流，验证被测设备(DUT)插入 集线器端口时不会吸收太多的电流。 一般来说，可以预计在插入设备时会急剧吸收电流。可能会在电流曲线中观察到小的驼峰或微扰，具体视设备复位时间而定。 在理论上，检查浪涌电流需要计算特定时间周期上的电流积分(以示波器上两个垂直光标位置为界)。 USB 2.0规范规定，对5.15 V的VBUS值，设备吸收 的总电荷应小于等于51.5 uC。(这一测试的放弃极限是 小于150 uC)

下跌测试

USB 2.0 规范要求自行供电的USB端口提供4.75 - 5.25 V的VBUS，

而总线供电的集线器则保持4.4V以上的 VBUS。下跌测试评估无负荷和全负荷(分别为100 mA 或500 mA)条件下的VBUS。

V下跌 = V上行 - V下行

V上行 = 集线器上行连接上的VBUS

V下行 = 集线器其中一个下行端口上的VBUS

在下行端口上出现100 mA负荷时，总线供电的集线器 在下行端口和上行端口之间的V下跌必须小于等于100 mV。这种要求保证了集线器将为下行设备提供4.4 V的电源。带有Captive电缆的总线供电的设备在上行连接器和下行端口之间的V下跌必须小于等于350 mV，包括通过电缆产生的下跌。

 

衰落测试

V衰落等于应用无负荷条件时与对被测端口(PUT)应用100 mA负荷时(所有其它端口全负荷)VBUS电压之差。 USB 2.0规范支持330 mV的最大衰落。衰落测试通过对被测端口交替应用100 mA负荷和无负荷条件，同时对所有其它端口提供最大负荷，评估最坏情况衰落。所有VBUS测量都是相对于本地接地的值。

 

4、泰克USB 2.0测试方案

 

USB 2.0 是面向中速应用程序的流行接口，这要归功于其可靠的业绩记录和获得的广泛支持。 Tektronix 可提供用于根据 USBIF 标准评估信号完整性的工具，以及用于系统级调试的协议解码：

  • Tektronix USB 2.0 自动化一致性测试软件为 USB 2.0 设计提供一键式测试，支持低速、全速和高速数据速率。
  • Tektronix TDSUSBF 夹具套件提供面向低速和全速信号质量、浪涌电流、跌落和预降、接收机灵敏度以及阻抗测量测试的探测解决方案。

  

 Specifications

USB tests

Host, Hub, and Device

Signal Quality tests

Eye Diagram Test, Jitter (JK, KJ, and Consecutive), Crossover Voltage Range, Signal Rate, End-of-Packet Width, Rising Edge Rate, and Falling Edge Rate

High-speed tests

Receiver Sensitivity, Chirp, Reset, Resume, Reset from High Speed, Reset from Suspend, Packet Parameter, and Edge Monotonicity

Inrush Current check

Data-sufficiency readout. Coulombs and Capacitance listed across inrush regions

Droop test

Volts readout

Speed selection

Low-speed (LS), Full-speed (FS), and High-speed (HS

Signal direction

Upstream and Downstream

Test Point selection

Near End and Far End

Report Generation format

MHTML, PDF, and CSV formats  

 

 

 

测试软件

 
Automated USB 2.0 testing with option 5-CMUSB2/6-CMUSB2
USB 2.0 electrical testing requires an oscilloscope with minimum bandwidth of 2 GHz. TekExpress USB2 software for the 5/6 Series MSO (5-CMUSB2/6-CMUSB2) provides automated compliance testing for USB 2.0 serial bus verification.
TekExpress USB2 supports Device, Host, and Hub test suites and each suite includes approximately 50 measurements. Executing all the measurements manually is extremely time-consuming. TekExpress USB2 software has an automation framework built around these measurements, so that you can execute all the measurements with fewer clicks and intervene only to change connections.
TekExpress USB2 software allows you to select complete or selective testing of any of the transmitter electrical specifications. Tests are configured by following a step-by-step process. The software sets up the oscilloscope and automates the testing, guiding you to accurate and repeatable results. It generates a comprehensive, date-stamped test report with pass/fail results, waveforms, and data plots.
Software navigation follows a logical workflow for quick test setups, changes and review of test results. Valid testing requires proper cabling, probes, and connections between fixtures, instruments, and the device under test (DUT). The software provides setup instructions for each test, with images and reference illustrations showing correct configurations.

 

 

 

测试夹具选择

 

The test fixture allows characterization and validation of USB2.0 compliance parameters following USB-IF host high-speed electrical test procedure Section 4.4.

  • EL_2 USB 2.0 high-speed transmitter data rate
  • EL_3 USB2.0 Eye Diagram
  • EL_6 USB 2.0 high-speed differential rise and fall times
  • EL_7 USB 2.0 high-speed monotonic data transitions over the vertical openings specified in the appropriate eye pattern template

  

The USB2.0 High Speed Signal Quality Test Fixture is used to measure the USB2.0 High Speed Signal Quality for upstream USB Devices and Hubs.

  • Characterization and validation of all USB2.0 electrical compliance characteristics
    • Device, Hub, Host Hi-Speed Signal Quality Test (EL_2, EL_3, EL_4, EL_5, EL_6, EL_7)
    • Device, Hub, Host Packet Parameters (EL_21, EL_22, EL_23, EL_25)
    • Hub Sync Truncation (EL_42, EL_43)
    • Hub EOP Dribble (EL_44, EL_45)
    • Hub Jitter (EL_46, EL_47)
    • Host SOF (EL_55)

 

 

夹具参考链接：https://fixturesolution.com/product-category/usb-fixtures/usb2-0-fixture/

 

 

 

 

ꄴ前一个： 无
ꄲ后一个： 无
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