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你所了解和不了解的USB2.0、USB3.0結(jié)構(gòu)與測(cè)試那些事

發(fā)布時(shí)間：2013-9-26 17:03 發(fā)布者：絕對(duì)好文

關(guān)鍵詞： USB , 測(cè)試

USB 2.0歷史

通用串行總線已經(jīng)被公認(rèn)為連接個(gè)人電腦和其它外圍設(shè)備的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。USB 2.0于2000年問(wèn)世，其速度較傳統(tǒng)USB 1.1規(guī)范提高了40倍。這一規(guī)范對(duì)數(shù)據(jù)更加密集的應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)，改善了用戶體驗(yàn)。盡管低速(1.5 Mb/s)和全速(12 Mb/s)速率對(duì)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)之類的設(shè)備已經(jīng)足夠了，但高速速率(480 Mb/s)支持多媒體應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳送應(yīng)用及其它高速輸入/輸出應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)工作。

USB 2.0結(jié)構(gòu)、測(cè)試戰(zhàn)略和解決方案

USB 2.0是一種串行總線，它采用4線系統(tǒng)：VBUS、D-、D+和接地。D-和D+是信息的主要載體。USB的實(shí)現(xiàn)主要有三組：主機(jī)、設(shè)備和集線器。USB 2.0設(shè)備既可以自行供電(有自己的電源)，也可以通過(guò)總線供電(通過(guò)主機(jī)獲得電力)。

USB實(shí)現(xiàn)者論壇(USB-IF)概括了產(chǎn)品認(rèn)證要求的一系列一致性測(cè)試，以保證強(qiáng)健性和互操作能力。滿足USB-IF一致性方案最低性能要求的產(chǎn)品會(huì)被添加到Integrators List (集成商名單)中。本應(yīng)用指南重點(diǎn)介紹執(zhí)行電接口測(cè)試，并為調(diào)試和解決測(cè)試問(wèn)題提供指引。

圖1. TDSUSB2高速一致性測(cè)試軟件。

圖2. TDSUSB2測(cè)試報(bào)告。

圖1顯示了DPO7254示波器上選項(xiàng)USB一致性測(cè)試套件的操作。這個(gè)測(cè)試套件全面自動(dòng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量測(cè)試過(guò)程，允許設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)便地測(cè)試設(shè)計(jì)。用戶必須選擇特定信號(hào)速度(低速、全速或高速)要執(zhí)行的測(cè)量。測(cè)試套件消除了耗時(shí)的手動(dòng)示波器設(shè)置、光標(biāo)放置過(guò)程，可以自動(dòng)比對(duì)測(cè)試結(jié)果與USB 2.0規(guī)范。測(cè)試結(jié)果自動(dòng)作為詳細(xì)報(bào)告和摘要的一部分顯示，如圖2所示。

	USB 3.0	USB 2.0
數(shù)據(jù)速率	5.0 Gb/s	480 Mb/s
信令	8b/10b編碼，AC耦合，擴(kuò)頻時(shí)鐘(SSC)	NRZI編碼，DC耦合，沒(méi)有SSC
總線功率	未配置電源為150mA，配置電源為900 mA	未配置設(shè)備及掛起設(shè)備為100 mA，配置設(shè)備最高為500 mA
即插即用/熱插拔	異步事件處理	設(shè)備輪詢
電源管理/鏈路控制	優(yōu)化電源管理，支持空閑狀態(tài)、睡眠狀態(tài)和掛起狀態(tài)	端口級(jí)掛起，進(jìn)入/退出時(shí)延
電纜/接口	2個(gè)差分對(duì)，半雙工，非屏蔽雙絞線	3個(gè)差分對(duì)，全雙工，屏蔽雙絞線

圖3. USB 2.0和3.0之間的物理層差別。

USB 3.0和物理層測(cè)試挑戰(zhàn)

USB 2.0技術(shù)的采用和接受速度表明這是一種成功的高帶寬總線。計(jì)算應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的持續(xù)演變既帶來(lái)了新機(jī)遇，也帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。內(nèi)存容量不斷提高、視頻性能(如實(shí)時(shí)視頻流)不斷加速、圖形處理單元(GPU)不斷增強(qiáng)、便攜式電子器件與PC快速同步等行業(yè)趨勢(shì)，使USB 2.0性能面臨著發(fā)展瓶頸。

USB 3.0滿足了提高的帶寬需求，以支持應(yīng)用提供更加實(shí)時(shí)的體驗(yàn)。全世界目前正在使用的USB設(shè)備已經(jīng)達(dá)到數(shù)十億，因此USB 3.0 (稱為SuperSpeed USB)還提供了必要的向下兼容能力，支持傳統(tǒng)USB 2.0設(shè)備。圖3列明了USB 2.0和3.0之間的物理層差異。

除多種新功能外，SuperSpeed USB也帶來(lái)了新的設(shè)計(jì)和測(cè)試挑戰(zhàn)。USB 3.0擁有與現(xiàn)有高速串行技術(shù)(PCI Express.和串行ATA)類似的特點(diǎn)：8b/10b編碼，明顯的通道衰減，擴(kuò)頻時(shí)鐘。熟悉SATA和PCIe測(cè)試方法的人可能會(huì)更好地準(zhǔn)備處理與USB 3.0有關(guān)的測(cè)試挑戰(zhàn)。我們將考察一致性測(cè)試方法，以及怎樣獲得發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、電纜和互連的最準(zhǔn)確、最可重復(fù)的測(cè)量。此外，我們將介紹全面檢定和調(diào)試的其它技術(shù)，以提供完整的測(cè)試戰(zhàn)略。

碼型	值	說(shuō)明
CPO	D0.0加擾	偽隨機(jī)數(shù)據(jù)碼型，相當(dāng)于沒(méi)有SKP的邏輯空閑
CP1	D10.2	內(nèi)奎斯特頻率
CP2	D24.3	內(nèi)奎斯特 / 2
CP3	K28.5	COM碼型
CP4	LFPS	低頻周期信令
CP5	K28.7	有去加重
CP6	K28.7	沒(méi)有去加重
CP7	50-2501’s和0’s	有去加重，重復(fù)50-2501’s，然后重復(fù)50-2500’s
CP8	50-2501’s和0’s	沒(méi)有去加重，重復(fù)50-2501’s，然后重復(fù)50-2500’s

圖4. SuperSpeed USB發(fā)射機(jī)一致性測(cè)試碼型。

信號(hào)特點(diǎn)	最小值	標(biāo)稱值	最大值	單位	注釋
眼高	100		1200	mV	2, 4
Dj			0.43	UI	1, 2, 3
Rj			0.23	UI	1, 2, 3, 5
Tj			0.66	UI	1, 2, 3

注：

1. 在106個(gè)連續(xù)UI上測(cè)得，然后推斷到10-12 BER。

2. 在應(yīng)用接收機(jī)均衡功能后測(cè)得。

3. 在圖6-14中TP1的參考通道和電纜末端測(cè)得。

4. 眼高在最大張開(kāi)處測(cè)得(在眼寬中心± 0.05 UI)。

5. Rj指標(biāo)用14.069 ´ 10-12 BER時(shí)的RMS隨機(jī)抖動(dòng)計(jì)算得出。

圖5. USB 3.0發(fā)射機(jī)眼高和抖動(dòng)要求。

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