USB 30一致性测试方法

  为了高速传输信号，USB3.0采用了全双工的通信方法，由两对高速差分线来进行发送数据和接收数据的传输，而USB2.0采用的是半双工通信的方法，只有一对差分线进行发送和接收数据的传输。USB3.0的线所示。为了确认和保证USB 3.0的高速线缆拥有非常良好的信号完整性，确保能高质量传输5Gbps速率的信号，USB 3.0规范对其线缆特性做了特别的要求。如：

  规范的5.6.1.1.1规定了高速屏蔽线ohms (使用快沿上升时间为200ps（10%-90%）的TDR做测量)。

  规范的5.6.1.1.2规定了高速屏蔽线缆对内的两条线ps/m (使用快沿上升时间为200ps（10%-90%）的TDT做测量)。

  规范的5.6.1.2规定了高速连接器的阻抗变化范围为90 ohms +/- 15 ohms (使用快沿上升时间为50ps（20%-80%）的TDR做测量)。

  规范的5.6.1.3.1规定了高速屏蔽线缆不同频率下的差分插入损耗SDD12。

  规范的5.6.1.3.2规定了高速差分对之间的近端串扰（Near-End Crosstalk）。

  规范的5.6.1.3.3规定了高速差分对内两条信号之间的串扰，包括近端串扰和远端串扰（Near-End/Far-End Crosstalk）。

  规范的5.6.1.3.4规定了高速差分对的差模和共模转换比（Differential-to-Common Mode-Coversion）。

  SPARQ-S parameters,Qucik，是力科推出的主要用于高速信号的信号完整性领域的超高的性价比的S参数测试仪，可实现一键式快速测量，内部集成了校准件（省去了极其繁琐的手动校准过程），TDR上升沿时间为6ps，最大端口数为12端口，带宽范围0-40GHZ，非常小巧轻便，可测量TDR阻抗（可实现不同归一化的上升时间）、TDT传输延时、单端和混合模式S参数（传输损耗、差分对内的近端/远端串扰、差分对间的近端/远端串扰）等。

  具体测试方法是将USB3.0的线缆两端分别连接到夹具上，然后通过夹具上的SMA同轴头和SPARQ的SMA线缆连接到SPARQ测试仪上，实现S参数（包含传输损耗、近端串扰、远端串扰等参数）、TDR阻抗、传输延时等参数的测量，如下图3所示。

  发射机信号质量测试是所有低速、高速信号都会要求测试的项目。主要内容有信号的幅度、

  、上升时间等。USB3.0规范也对发射机信号的物理层特性做了严格的要求，如：

  规范的6.7.1章节规定了发射机的一些电气性能参数（Normative）。

  规范的6.7.3章节规定了发射机的眼图和抖动性能参数（Normative）。

  规范的6.7.1章节和6.7.5章节还规定了发射机的一些参考要求（Informative）。

  此外，USB3.0规范的第6.9章节还对低频周期信号LFPS（大多数都用在控制Low power link mode,Link Training,W

  软件（力科的Qualiphy-USB3一致性测试软件）、预加重均衡仿真软件（EyedoctorII信号完整性分析软件）即可。而为了获得更好的测试效果，USB3.0规范规定针对不一样的测试项目需要用不同的一致性测试码型，比如说眼图/Tj/Dj测量需要使用CP0一致性测试码、SSC（扩频时钟）/Rj测量需要使用CP1测试码、去加重测量需要CP7码、差分信号摆幅测试需要CP8码。因此在进行不同的测试项目时需要用户去设定被测DUT来输出所需要的码型，这样不仅会降低测试效率，而且对于很多系统级用户来说是很难去设置DUT的，因此如何能使这样的测试更加自动化？如果测试仪器能够和DUT进行握手，在要说明类型的测试码时候给DUT发指令要求其输出这样的码，则不仅将解决设置的问题，而且将会使得发射机物理层信号测试变得非常的自动化。在下文中将介绍的力科的PeRT3将具备这一功能。

  具体的测试方法是将被测DUT的Tx端通过夹具和SMA同轴线缆连接到示波器上来测试，并根据示波器上的Qualiphy-USB3软件的提示去切换DUT输出相应的一致性测试码，软件会自动采集1百万个UI码来测试。测试连接图和测试结果报告如下图4、图5所示：

  由于USB3.0速率比较高，因此规范规定不仅要测试发射机信号，并且要测试接收机信号，USB3.0测试规范的第6.8.5章节规定了接收机一致性测试时需要注入到CP0一致性测试码中的Sj，Rj，Equalization，Amplitude Swing等。在实际调试中，不仅有必要进行一致性测试还有必要进行抖动容限测试（两者的区别可参考另外一篇文章：高速信号的接收机测试）。

  力科的PeRT3是一款专对于高速串行标准如USB3.0、PCIE3.0等的接收端测试而研制的。它的全名叫带有协议能力的接收端和发送端容限测试仪。它与传统的BERT误码测试仪的最大的区别之一就是其具有协议握手能力，能与被测DUT实现握手通信，这样就可以十分便捷的让DUT进入到接收机测试所需要的环回（Loopback）模式。

  因为PeRT3具有协议握手能力，因此前文发射机测试中提到的设置DUT发出不同的一致性测试码的困难即可通过示波器和PeRT3的组合来实现自动化测试。

  具体测试方法是先结合示波器对力科的PeRT3按照USB3.0规范设定的信号抖动、幅度等输出的各项参数进行校准，校准完后，连接PeRT3和被测DUT，通过PeRT3的协议握手能力发送一系列的训练码使得被测DUT进入环回（Loopback）测试模式，DUT进入环回模式以后，PeRT3即开始发送带有抖动和预加重的CP0一致性测试码，开始误码的测试和分析。连接示意图如下图8所示。

  1、如果只测试发射机，而且用户能自行设置DUT发出CP0-CP8中所需要的一致性测试码型，这时只需选择示波器SDA813Zi及相应的软件包、夹具即可。

  2、如果只测试发射机，而且需要让DUT自动切换一致性测试码型，则可选择SDA813Zi+PeRT3及相应的软件包和夹具。此时还可实现接收机一致性测试。

  3、如果需要完全自动化的一次性测试发射机和接收机，测试完成后生成一份包括发射机和接收机测试在内的完整报告，则可选择SDA813Zi+PeRT3+高速电子开关及相应的软件包和夹具。

  除此以外，在USB3.0的调试过程中，力科的示波器还可以将USB3.0协议分析仪的功能集成到示波器上，使得在示波器上不但可以实现物理层的测试分析，还能轻松实现协议层的测试分析，协议层分析如下图所示：

  本文简要介绍了USB3.0的一致性测试的规范要求及测试仪器、测试方法。力科的示波器、S参数测试仪SPARQ、具有协议使能功能的误码测试仪为USB3.0的一致性测试提供了非常全面的测试解决方案，