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越測越開(kāi)心 USB3.0 簡(jiǎn)介 USB3.0的推出使用戶(hù)在1分鐘內從移動(dòng)硬盤(pán)拷貝完成高清電影成為可能。該技術(shù)由英特爾(Intel)，微軟，HP,NEC,NXP半導體，TI等公司組成的USB3.0推廣組共同開(kāi)發(fā)而成。傳輸速率達到5Gbps，是USB2.0的十倍， USB3.0接口向下兼容USB2.0和USB1.1,從下圖可以看出USB3.0新增了5條新的引腳，兩條數據發(fā)送引腳，兩條數據接收引腳，一個(gè)引腳地。在進(jìn)行5Gbps數據高速傳輸時(shí)，主機與外設以全雙工方式傳輸，同時(shí)收發(fā)數據，區別于以前USB2.0半雙工傳送，只能單向傳輸數據，不能同時(shí)收發(fā)。在物理接口排列時(shí)，新的引腳排列在現有引腳的后方，USB3.0以藍色作為背景色以區別于現有的USB2.0黑色背景色。 
（摘自USB3.0 Spec Rev1.0） USB-IF(USB Implementers Forum)是管理USB3.0規范的組織，USB-IF 的成員可以利用PIL(Platform Interoperability Lab) 互操作平臺實(shí)驗室驗證其設計。PIL 實(shí)驗室為USB 開(kāi)發(fā)者提供了Host 和Device 一致性測試，確保設備能夠正確的進(jìn)行USB3.0 電氣和鏈路層的信號正常交互。 USB3.0物理層一致性測試挑戰? 在USB3.0的一致性測試中，接收端的測試為必測項目，所以還需要帶抖動(dòng)注入能力的信號源。在USB3.0的規范中，HOST和Device的參考時(shí)鐘是異步的，加上注入擴頻時(shí)鐘(SSC)，將會(huì )引入越來(lái)越多的互連方面的問(wèn)題；發(fā)送端將5G的信號送出，需要經(jīng)過(guò)參考通道，參考線(xiàn)纜，在接收端的眼圖已經(jīng)閉合，這就需要引入均衡技術(shù)：如在發(fā)端信號加入預加重，以及收端使用CTLE均衡來(lái)獲得張開(kāi)的眼圖以進(jìn)行測試；為了模擬信號經(jīng)過(guò)連接器，線(xiàn)纜和通路的測試環(huán)境，需要引入參考線(xiàn)纜和參考通道，但是參考線(xiàn)纜和參考通道通常無(wú)法獲取，所以需要在測試的時(shí)候要根據其性能參數對其進(jìn)行軟件通道仿真，以滿(mǎn)足測試要求。 發(fā)送端測試 標準的發(fā)送端測試點(diǎn)是在TP1，測試DUT的信號經(jīng)過(guò)參考線(xiàn)纜和參考通道,在TP1處送入測試設備進(jìn)行測試。在TP1處測試時(shí)，測試環(huán)境需要有參考線(xiàn)纜，參考測試通道等實(shí)物，這對于測試者來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較麻煩的問(wèn)題，因為它們不容易獲取甚至是無(wú)法獲取。于是另外一種方法是在TP1’處獲取波形，然后用等效參考線(xiàn)纜和等效參考測試通道的模型(濾波器)去作用在獲取波形上以達到類(lèi)似實(shí)物的效果。
(摘自USB 3.0 Electrical Compliance Methodology White paper Rev0.5) 工欲善其事，必先利其器---夾具方案簡(jiǎn)介
USB3.0測試的夾具提供了A-PLUG,A-RECEPTACLE,B-RECEPTACLE與校準套件并附有一個(gè)短USB3 cable。用戶(hù)可以使用該夾具套件進(jìn)行發(fā)送端，接收端，線(xiàn)纜的全套測試；用戶(hù)可以使用校準夾具來(lái)測試夾具的插入損耗，精確的進(jìn)行夾具去嵌的測試。 對于HOST/Device的測試，都要求使用的夾具使探測點(diǎn)與被測器件接口的距離盡可能的短，以減少線(xiàn)纜損耗。Device的測試夾具匹配方案是使用A-RECEPTACLE型夾具與USB3.0 短連接線(xiàn)纜；HOST的測試有兩種類(lèi)型夾具匹配方案：第一種方案是使用A-PLUG型夾具（該方案為推薦方法）；第二種是使用B-RECEPTACLE型夾具與USB3.0 短連接線(xiàn)纜(該方案會(huì )引入短線(xiàn)纜路徑損耗誤差)。 下圖為帶A-PLUG夾具與B-RECEPTACLE夾具Host測試方案的比較，后者需要在器件接口通過(guò)一段短USB3.0 cable（13cm）與被測器件進(jìn)行連接，因而在測試中必然引入線(xiàn)纜的損耗。從圖中可以看出，短線(xiàn)纜的引入導致信號的幅值損耗了近7%，并且增加了500fs的隨機抖動(dòng)的和2.5ps的確定性抖動(dòng)。
一致性測試以外的調試驗證 一致性測試僅僅是完成了規范的強制測試項目(Normative Testing)，在USB3.0規范里面還有許多可選項目(Informative)的測試,這些測試項目所能體現的信息對于需要進(jìn)行芯片級測試的用戶(hù)來(lái)說(shuō)是非常有用的，對于調試，驗證器件有非常大的幫助。 由于通道對信號的衰減很明顯，因此USB3.0在信號接收端需要采用對信號眼圖補償的技術(shù)：均衡. 在調試驗證過(guò)程中，用戶(hù)需要自定義均衡來(lái)對整個(gè)鏈路做完整分析，可以根據具體的器件情況，在不同的實(shí)驗環(huán)境和不同的測試要求下，改變均衡參數或者不同類(lèi)型的均衡方式以驗證其對系統性能的影響，從而尋求器件最佳均衡參數組合。 對于芯片級用戶(hù)，去嵌(de-embed)也是其關(guān)注的內容，為了得到精確的測試結果，可以使用校準夾具來(lái)測試夾具的插入損耗，精確的進(jìn)行夾具去嵌的測試；同時(shí)也可以對通道，連接器的S參數進(jìn)行測試，去嵌至芯片pad。 在調試過(guò)程中，用戶(hù)需要知道自己的器件所能工作的最壞情況，例如可以通過(guò)最大為多少距離的線(xiàn)纜保持功能正常，而此時(shí)一致性測試所提供的參考線(xiàn)纜，參考通道并不能滿(mǎn)足調試的需求，這就需要用戶(hù)自己做通道線(xiàn)纜仿真找到答案。 如何進(jìn)行通道去嵌？ 通過(guò)對夾具和通道去嵌可以真實(shí)的測出芯片引腳輸出端的信號，為了達到去嵌TX通道或者夾具的目的，首先需要通過(guò)TDR刻畫(huà)通道夾具特性，提取S參數，通過(guò)泰克的SDLA軟件的夾具去嵌功能來(lái)生成去嵌濾波文件。如下圖顯示了去嵌之前與之后抓取的信號眼圖，可以看出經(jīng)過(guò)去嵌之后，消除了夾具和TX通道傳輸路徑帶來(lái)的影響，提高了測試眼圖信號的裕量： 去嵌之前 去嵌之后
如何進(jìn)行傳輸通道建模 通道建模包括參考線(xiàn)纜和參考通道的建模。一致性測試的信號傳輸通道（Compliance channel）一般分為兩類(lèi)參考通道: 長(cháng)通道和短通道。長(cháng)通道類(lèi)似于后背板端口，其性能主要受通道損耗影響；短通道類(lèi)似與前面板端口，其性能主要受反射影響。而參考線(xiàn)纜則是長(cháng)度為3米連接線(xiàn)纜。在測試的時(shí)候，因為用戶(hù)大部分情況下是無(wú)法取得參考線(xiàn)纜和參考通道實(shí)體，為了模擬參考通道和參考線(xiàn)纜對信號的影響，測試客戶(hù)需要使用符合USB3.0規范指定的等效模型，然后將模型參數以均衡濾波的方式作用在信號本身以達到模擬實(shí)物的效果。一致性通道的模型參數可以從USB-IF獲得。為了簡(jiǎn)化測試用戶(hù)操作，測試軟件根據規范要求提供了豐富的濾波器模型組合來(lái)滿(mǎn)足終端用戶(hù)多樣的測試需求。用戶(hù)只要簡(jiǎn)單的在軟件里面調用對應類(lèi)型的濾波器組合就可以進(jìn)行自動(dòng)測試了。
TekExpress(USB-TX)使用參考通道參考線(xiàn)纜硬件實(shí)物，可以對不同的測試點(diǎn)進(jìn)行選擇
使用TekExpress(USB-TX)參考通道，參考線(xiàn)纜軟件模型，選擇不同的濾波器類(lèi)型 對于那些想知道被測器件究竟在何種程度的連接情況下仍舊可以正常工作的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，通過(guò)通道建�？梢圆粌H僅囿于一致性測試所提供的線(xiàn)纜通道模型，我們可以通過(guò)SDLA軟件來(lái)完成一致性測試需要模型濾波器，也可以通過(guò)該軟件定制用戶(hù)自己的連接配置，找到用戶(hù)設計的器件在最大為何種長(cháng)度的通道或者線(xiàn)纜下仍然可以符合規范的要求正常工作。
使用SDLA 參考測試通道和線(xiàn)纜組合成傳輸通道仿真模型來(lái)進(jìn)行一致性測試 如何在USB3.0測試時(shí)使用CTLE及其它均衡？ 正如前文所述，測試DUT的5Gbps的信號發(fā)出后經(jīng)過(guò)參考線(xiàn)纜和參考通道，在TP1處探測到的波形可能因為長(cháng)距離傳輸引起的損耗，導致接收到的信號眼圖會(huì )完全閉合，USB3.0規范允許在接收端使用均衡技術(shù)后來(lái)獲得張開(kāi)的眼圖以對系統進(jìn)行時(shí)間和幅值相關(guān)的測試，使用的均衡技術(shù)為連續時(shí)間線(xiàn)性均衡，簡(jiǎn)稱(chēng)CTLE(Continuous time linear equaliztion)均衡器。
（摘自USB3.0 Electrical Compliance Methodology White paper Rev0.5） CTLE傳輸函數簡(jiǎn)單易于實(shí)現，容易標準化而進(jìn)行一致性測試。CTLE在頻域上由一些極點(diǎn)和零點(diǎn)構成，并非常容易設定所需的帶寬；如果進(jìn)行一致性以外的調試驗證，用戶(hù)會(huì )有使用自定義均衡器的需求，比如使用FFE或者DFE等等，泰克的SDLA軟件都可以滿(mǎn)足用戶(hù)自定義多種類(lèi)型均衡器的要求。
SDLA 軟件支持用戶(hù)自定義均衡：FFE,DFE及CTLE USB3.0 發(fā)送端方案： 硬件設備部分：泰克提供了一套完整的測試夾具，可以滿(mǎn)足發(fā)送端/接收端已及線(xiàn)纜的測試的多種要求。這是目前市面上唯一一種提供了A-PLUG接口的夾具，使客戶(hù)可以在連接器端對器件進(jìn)行測試驗證，不需要引入USB3.0線(xiàn)纜的損耗�？梢愿诱鎸�(shí)的反映測試器件的性能。測試USB3.0高達5Gbps的速率，需要帶寬至少是12.5G以上的示波器，采樣率為50G以保證分辨率在20ps之內。用戶(hù)可以選擇提供了良好的信號保真度和完整性的P7313SMA 的差分探頭，也可以直接使用成本較低的SMA線(xiàn)纜進(jìn)行信號探測。 軟件部分: 我們同時(shí)提供了手動(dòng)測試（DPOJET帶USB3選項）和自動(dòng)測試(TekExpress帶USB-TX選項)兩種方案，并且提供了分析工具SDLA和DPOJET使客戶(hù)不僅僅完成一致性測試的要求，還可以完成調試驗證多種需求。 帶USB-TX選項的自動(dòng)測試方案 DPOJET帶USB3選項的手工測試方案
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