普源DS70000示波器USB2.0一致性測試方案介紹
什么是USB2.0
USB是一種接口技術(shù)，用于規(guī)范計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接和通信。自1995年推出以來，USB以其高速、便捷、可擴(kuò)展等特點(diǎn)，逐漸取代傳統(tǒng)的串口和并口，被廣泛地應(yīng)用在各類外部設(shè)備，受到消費(fèi)者的青睞。
為了保證USB接口產(chǎn)品的合規(guī)性及一致性，“所有尋求在其產(chǎn)品上使用USB-IF 徽標(biāo)的公司都必須在 USB-IF 存檔一份有效的 USB-IF 商標(biāo)許可協(xié)議，并且產(chǎn)品必須經(jīng)過認(rèn)證”。
USB2.0 采用4線系統(tǒng)：Vcc, D+，D-和GND。D+和D-是一個(gè)差分信號對，作為主機(jī)、集線器和設(shè)備之間通信的主要載體。
USB 2.0 取代并合并了定義低速和全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?USB 1.1 規(guī)范，并新增了高速數(shù)據(jù)傳。USB2.0向下兼容USB1.1和USB1.0，它有三種速率模式
為什么要做USB2.0測試
USB2.0 的電接口測試包含了信號質(zhì)量、浪涌電流及下跌和衰落測試。本次主要介紹的是信號質(zhì)量測試。
USB 2.0 作為全球通用接口，其信號質(zhì)量測試的核心目標(biāo)是保證 “兼容性” 與 “可靠性”，具體可分為三類需求。
1、兼容性驗(yàn)證：USB 設(shè)備需與全球數(shù)百萬主機(jī) / 外設(shè)兼容（如 PC、手機(jī)、U 盤等）。若信號或協(xié)議不符合規(guī)范，可能導(dǎo)致 “設(shè)備無法識別”“傳輸中斷” 等問題（例如：高速設(shè)備插入主機(jī)后被誤識別為全速設(shè)備）。
2、性能保障：高速模式（480Mbps）下，信號頻率達(dá) 240MHz（基頻），高頻信號易受阻抗不匹配、抖動(dòng)、噪聲影響，導(dǎo)致實(shí)際速率遠(yuǎn)低于理論值（甚至降至 12Mbps）。測試需驗(yàn)證信號完整性，確保速率達(dá)標(biāo)。
3、認(rèn)證合規(guī)：USB-IF 強(qiáng)制要求設(shè)備通過一致性測試（Compliance Test）才能使用 USB 標(biāo)志。未認(rèn)證設(shè)備可能因兼容性問題面臨市場準(zhǔn)入限制。
如何測試（普源方案）
為了保證USB接口產(chǎn)品的合規(guī)性及一致性，“所有尋求在其產(chǎn)品上使用USB-IF 徽標(biāo)的公司都必須在 USB-IF 存檔一份有效的 USB-IF 商標(biāo)許可協(xié)議，并且產(chǎn)品必須經(jīng)過認(rèn)證”。
為滿足負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、檢測和驗(yàn)證的工程師對于快速檢定USB設(shè)備的需求，RIGOL提供了完備的USB2.0信號質(zhì)量測試方案，設(shè)計(jì)工程師可以通過RIGOL提供的設(shè)備配合軟件及測試夾具來完成USB2.0信號質(zhì)量一致性測試。
方案搭建
測試工具
測試場景
測試項(xiàng)目
1、同步域測量（SYNC）
對于 USB 協(xié)議來說，所有的包都開始于同步域，同步域的作用是做本地時(shí)鐘和對端時(shí)鐘的同步。USB2.0總線中用的是很簡單的時(shí)鐘恢復(fù)機(jī)制，使用SYNC包實(shí)現(xiàn)高速對端和本地時(shí)鐘的同步。用于高速傳輸?shù)腟YNC碼型要求是15個(gè)KJ對信號后接2個(gè)K信號，一共32bits信號。簡單來說，USB2.0高速信號的SYNC要求是32bit。
2、結(jié)束域（EOP）位寬
對于USB協(xié)議來說，所有的包都以結(jié)束域EOP(End-of-Packet)結(jié)束。結(jié)束域位寬用bit時(shí)間定義
對于起始幀包（SOF）的結(jié)束域（EOP）的位寬，要求在39.5bits和40.5bits之間，
對于非起始幀包（SOF）的結(jié)束域（EOP）的位寬，要求在7.5bits和8.5bits之間。
3、信號速率
高速數(shù)據(jù)速率標(biāo)稱 480.00Mb/s，傳輸時(shí)所需的數(shù)據(jù)速率精度為 480.00Mb/s±0.05% (500 ppm)。全速數(shù)據(jù)速率標(biāo)稱12.000Mb/s，傳輸時(shí)所需的數(shù)據(jù)速率為12.000Mb/s ±0.25% (2,500 ppm)。低速數(shù)據(jù)速率標(biāo)稱1.50Mb/s，傳輸時(shí)所需的數(shù)據(jù)速率為 1.50Mb/s ±1.5% (15,000 ppm)。
4、邊沿單調(diào)測量
高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換要求在眼圖模板中指定的最小垂直開口上是單調(diào)的，所以在USB2.0高速一致性測試中，開發(fā)人員需要驗(yàn)證被測信號的單調(diào)性。單調(diào)性驗(yàn)證發(fā)送的信號幅度應(yīng)該平滑提高或下降而沒有反方向偏差。
5、上升時(shí)間、下降時(shí)間
對于低速和全速信號，上升時(shí)間和下降時(shí)間指的是從信號幅度的10%上升到90%的所需的時(shí)間，該要求適用于差分信號的轉(zhuǎn)換以及差分信號和單端信號之間的轉(zhuǎn)換。對于高速信號，邊沿上升、下降時(shí)間需≥500ps。
6、抖動(dòng)測試
USB2.0 高速抖動(dòng)測試結(jié)果包含在眼圖測試的結(jié)果中，抖動(dòng)包含連續(xù)抖動(dòng)，JK配對抖動(dòng)，KJ配對抖動(dòng)，抖動(dòng)測試的主要項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)如下：
7、眼圖測試
USB2.0 信號的眼圖測試結(jié)果需要符合USB-IF協(xié)會(huì)提供的標(biāo)準(zhǔn)眼圖模板，在USB2.0的一致性測試中，眼圖測試結(jié)果是重要的參考項(xiàng)，RIGOL提供的USB2.0一致性測試解決方案中包含了USB2.0的眼圖模板，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)眼圖繪制并與標(biāo)準(zhǔn)眼圖模板進(jìn)行對比，直接給出眼圖測試結(jié)果。
測試結(jié)果展示
DS70000的USB2.0一致性測試分析截圖如圖所示。顯示的是USB2.0一致性分析的結(jié)果，包含了信號質(zhì)量分析的各個(gè)測試項(xiàng)，各個(gè)測試項(xiàng)對應(yīng)的合規(guī)指標(biāo)范圍以及實(shí)測的值，通過對比將測試結(jié)果顯示在最后一列，各個(gè)測試項(xiàng)均滿足標(biāo)準(zhǔn)，顯示結(jié)果為Passes，否則會(huì)顯示Failure。
USB2.0 一致性分析軟件在分析信號質(zhì)量時(shí)通過對接口所發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)信號（通過USB-IF協(xié)會(huì)推薦的USB接口控制軟件XHCI HSETT進(jìn)行發(fā)包），如圖所示，這一幀波形即為分析的波形，圖中的眼圖模型也是用這一幀中的波形進(jìn)行疊加后的結(jié)果。
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