測(cè)試指導(dǎo)類(lèi)-USB接口指標(biāo)測(cè)試指導(dǎo)書(shū)

.USB接口指標(biāo)測(cè)試指導(dǎo)書(shū)最小部門(mén)：（企業(yè)業(yè)務(wù)BG企業(yè)數(shù)通產(chǎn)品線(xiàn)企業(yè)數(shù)通研發(fā)管理部企業(yè)數(shù)通硬件開(kāi)發(fā)部）評(píng)審記錄：主審人評(píng)審專(zhuān)家所屬產(chǎn)品：來(lái)源：關(guān)鍵詞：USB接口指標(biāo)；USB眼圖測(cè)試；Chirp測(cè)試；Droop測(cè)試。1、USB接口指標(biāo)描述為了順應(yīng)市場(chǎng)的要求，目前的產(chǎn)品大部分都出的是USB2.0的接口，而且我們產(chǎn)品都是作為HOST端，USB2.0一共提供3種速率，如下表。數(shù)據(jù)速率上升時(shí)間Low Speed1.5Mbps75300nsFull Speed12Mbps420nsHigh Speed480Mbps500ps當(dāng)我們的設(shè)備是作為HOST端是，數(shù)據(jù)方向是Down Stream，其關(guān)注的指標(biāo)有：1、 信號(hào)質(zhì)量1) 眼圖測(cè)試(Eye-Diagram testing)2) 信號(hào)速率(Signal Rate)3) 包結(jié)尾寬度(End of Packet Width)4) JK抖動(dòng)(JK jitter)5) KJ抖動(dòng)(KJ jitter)6) 連續(xù)抖動(dòng)(Consecutive jitter)7) 單調(diào)性測(cè)試(Monotonic test (for HS)8) 上升與下降時(shí)間(Rise and Fall times)2、 Droop(電壓跌)3、 Chirp (Shake Hands)2、USB接口指標(biāo)測(cè)試方法（1） 信號(hào)質(zhì)量測(cè)試由于我們的設(shè)備都是作為HOST端，在這里只介紹HOST端的接口指標(biāo)測(cè)試方法。1) USB High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試方法a) 連接好被測(cè)設(shè)備(DUT)、測(cè)試夾具和示波器，具體的連接示意圖如圖 1所示。圖 1 High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試連接示意圖b) DUT上電，啟動(dòng)USB測(cè)試包，發(fā)送測(cè)試命令，使USB端口能夠發(fā)送出測(cè)試碼流，具體的碼流波形如圖 2所示。圖 2 High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試波形c) 運(yùn)行示波器上的USB測(cè)試軟件，在Analyze菜單中選擇USB2.0 Test 啟動(dòng)后的界面如圖 3所示。在軟件的Measurements菜單中選擇Select，然后選擇High Speed，選擇測(cè)試項(xiàng)，在這里可以點(diǎn)擊Select All，將信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試項(xiàng)全部選上。在這個(gè)界面上還有一個(gè)選項(xiàng)Config，該選項(xiàng)是用來(lái)初始化Monotonic Property，選擇后的界面如圖 4所示，是用來(lái)初始化邊沿的單調(diào)性是從高低電平的多少百分比開(kāi)始Check。圖 3 TEK USB測(cè)試軟件圖 4 High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試初始化界面d) 選擇眼圖的模板。在USB 2.0的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，一共有4種模板。其測(cè)試模板的選擇和端口的數(shù)據(jù)方向和測(cè)試點(diǎn)的選擇有關(guān)。協(xié)議中定義個(gè)測(cè)試點(diǎn)的選擇及對(duì)應(yīng)的模板選擇。如圖 5和圖 6所示。圖 5 USB2.0標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試模型圖 6 USB2.0標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于模板選擇的描述不同的模板對(duì)應(yīng)的眼高和眼寬要求不一樣，如果我們的設(shè)備是作為HOST端，數(shù)據(jù)流向是Down Stream，測(cè)試點(diǎn)可以選擇TP2和TP3，如果設(shè)備對(duì)外宣傳是標(biāo)準(zhǔn)的USB2.0接口，就說(shuō)明我們?cè)O(shè)備的USB端口上是可以再加USB延長(zhǎng)線(xiàn)的，即USB Cable。當(dāng)然測(cè)試點(diǎn)的選擇就是在TP2了，測(cè)試的模板就是Template 1，其對(duì)應(yīng)在示波器上九應(yīng)該選擇Down Stream+Near End，對(duì)應(yīng)示波器的選擇如下圖所示。如果設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)經(jīng)過(guò)了連接器和排線(xiàn)，對(duì)外宣稱(chēng)只支持USB2.0的設(shè)備，那如果我們?cè)谠O(shè)備的出端口測(cè)試，模板就選擇Template 2，其對(duì)應(yīng)在示波器上應(yīng)該選擇Down Stream+Far End。其Template 1和Template 2兩個(gè)模板對(duì)應(yīng)的大小和參數(shù)如圖 7和圖 8所示?？偨Y(jié)如下，在測(cè)試時(shí)，根據(jù)不同的測(cè)試場(chǎng)景，選擇不同的測(cè)試模板。Host測(cè)試點(diǎn)模板示波器設(shè)置TP2Template 1Down Stream+Near EndTP3Template 2Down Stream+Far End圖 7 USB2.0標(biāo)準(zhǔn)Template1模板的要求圖 8 USB2.0標(biāo)準(zhǔn)Template2模板的要求圖 9 High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試中Tier的選擇選擇完模板后，在圖 9中還有Tier選項(xiàng)需要選擇，為了能夠支持Hub級(jí)聯(lián)，我們選擇Tier6，具體的解釋可以參考USB2.0協(xié)議中4.1.1。在圖 10中還有一個(gè)Configure選項(xiàng)，需要初始化使用的通道和選擇的探頭類(lèi)型。如圖 10所示。圖 10 High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試中Configure的選擇e) 示波器設(shè)置好后，就可以點(diǎn)擊示波器軟件上的RUN開(kāi)始測(cè)試。測(cè)試完后，會(huì)生成一個(gè)測(cè)試報(bào)告，保存測(cè)試報(bào)告在Utilites選項(xiàng)中，選擇Report Generator，如圖 11所示。圖 11 生成High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試報(bào)告其中報(bào)告中截圖如圖 12所示，其信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試數(shù)據(jù)全部都在報(bào)告中體現(xiàn)了，每個(gè)測(cè)試項(xiàng)是否滿(mǎn)足要求，都能在報(bào)告中找到答案。圖 12 High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試報(bào)告的具體內(nèi)容2) USB Full Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試方法和High Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試不同的地方在于測(cè)試組網(wǎng)的方式不一樣，具體的測(cè)試組網(wǎng)如圖 13所示。有幾個(gè)需要注意的地方是USB夾具需要5V供電，需要一個(gè)將夾具設(shè)置到Initial狀態(tài)，Initial指示燈點(diǎn)亮。在測(cè)試Host Full Speed信號(hào)質(zhì)量時(shí)，需要一個(gè)Full Speed的從設(shè)備，該供設(shè)備需要是USB協(xié)會(huì)認(rèn)證的設(shè)備。在這里不在用差分探頭了，需要用兩個(gè)單端探頭，注意D+，D-的對(duì)應(yīng)連接的示波器通道。圖 13 Full Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試組網(wǎng)示意圖測(cè)試組網(wǎng)連接好后，不用發(fā)送測(cè)試命令，示波器上就應(yīng)該能抓到所需要的測(cè)試波形，如圖 14所示。圖 14 Full Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試波形示波器其他的測(cè)試和High Speed一樣，不同的地方是測(cè)試項(xiàng)的選擇，需要選擇Full Speed，其測(cè)試項(xiàng)還是選擇Select All。3) USB Low Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試方法Low Speed的測(cè)試組網(wǎng)方式和Full Speed測(cè)試組網(wǎng)方式一樣，不一樣的地方是這次用的是Low Speed從設(shè)備，可以使用鼠標(biāo)等從設(shè)備。測(cè)試時(shí)選擇Low Speed，測(cè)試項(xiàng)選擇Select All。示波器上就應(yīng)該能抓到所需要的測(cè)試波形，如圖 15所示。圖 15 Low Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試波形與Full Speed測(cè)試方法不同的是，測(cè)試Low Speed時(shí)需要使用Cross，具體的設(shè)置在File菜單中，選擇Preferences，會(huì)彈出一個(gè)設(shè)置窗口，在此窗口中需要將圖中所示的選項(xiàng)選中，選擇后就可以用Cross來(lái)指示有效的Low Speed信號(hào)，具體的設(shè)置方法如圖 16所示。圖 16 Low Speed信號(hào)質(zhì)量測(cè)試設(shè)置方法（2） Droop測(cè)試這里的Droop測(cè)試就和電源中的USB插拔沖擊電流和Drop測(cè)試內(nèi)容是一致的，但是我們通常通過(guò)直接插拔U盤(pán)來(lái)測(cè)試VBUS上的電壓跌落情況，其實(shí)這種測(cè)試方法是不正確的，因?yàn)楦鶕?jù)USB2.0的標(biāo)準(zhǔn)定義是當(dāng)端口上有100mA的負(fù)載變化時(shí)，VBUS上的電壓跌落要求小于330mV，這里為什么需要關(guān)注VBUS的電壓跌落，主要擔(dān)心USB端口負(fù)載的變化影響VBUS電源上其他器件和USB端口的正常工作。測(cè)試組網(wǎng)如下圖所示，需要將測(cè)試夾具連接到被測(cè)端口，用USB端口給夾具供電。需要使用2個(gè)探頭來(lái)來(lái)進(jìn)行測(cè)試，一個(gè)探頭用于Triger，點(diǎn)在負(fù)載端口上的VBUS信號(hào)上，另一個(gè)探頭點(diǎn)在總線(xiàn)的VBUS信號(hào)線(xiàn)上。測(cè)試組網(wǎng)如圖 17所示。圖 17 Droop測(cè)試組網(wǎng)示意圖具體的示波器設(shè)置，選擇Analyze菜單USB2.0 Tset PackageMeasurements，選擇High Speed菜單中Droop測(cè)試項(xiàng)。測(cè)試時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用進(jìn)行Config設(shè)置，如圖 18所示。1）需要選擇Port，對(duì)應(yīng)測(cè)試夾具上實(shí)際使用的Port；2）Hub菜單選擇，一般我們測(cè)試的都是Host，所以選擇Bus Powered；3）Select Source選擇，需要選擇Live/Ref，其中的VBus需要對(duì)應(yīng)上實(shí)際使用的探頭對(duì)應(yīng)的通道，Trigger選擇點(diǎn)在被測(cè)端口的通道上。設(shè)置完后，按下RUN，此時(shí)需要將測(cè)試夾具上的選擇開(kāi)關(guān)從無(wú)負(fù)載撥到有負(fù)載的情況，以便能讓示波器抓到電壓Droop信號(hào)。圖 18 Droop測(cè)試時(shí)示波器設(shè)置測(cè)試到的波形如圖 19所示，最后軟件會(huì)測(cè)試到實(shí)際的電壓Droop。圖 19 Droop測(cè)試波形（3） Chirp測(cè)試USB全速外設(shè)備和低速外設(shè)是通過(guò)在D+或D-數(shù)據(jù)線(xiàn)上上拉1.5K的電阻予以區(qū)別，D+上拉為全速外設(shè)，D-上拉為低速外設(shè)。高速外設(shè)的識(shí)別則比較復(fù)雜，需要通過(guò)主機(jī)與高速外設(shè)握手才能識(shí)別。本篇對(duì)高速USB握手進(jìn)行說(shuō)明。高速外設(shè)最初以全速外設(shè)的形式出現(xiàn)，即：高速外設(shè)在插入U(xiǎn)SB HUB/HOST時(shí)D+數(shù)據(jù)線(xiàn)上拉1.5K的電阻；高速握手成功之后，外設(shè)與主機(jī)進(jìn)入高速模式。如果握手不成功，則返回全速模式；在高速握手過(guò)程中，USB HUB/HOST要判定與其相連的外設(shè)是否支持高速模式，外設(shè)也要判定USB HUB/HOST是否支持高速模式。下面將具體說(shuō)明高速設(shè)備的握手過(guò)程，其整個(gè)過(guò)程如圖 20所示。圖 20 USB HOST與Device整個(gè)握手過(guò)程1) USB HUB/HOST檢測(cè)到插入的外設(shè)為全速外設(shè)，即：D+數(shù)據(jù)線(xiàn)被上拉；2) USB HUB/HOST檢測(cè)到插入的外設(shè)為全速外設(shè)后，復(fù)位總線(xiàn)。即：向總線(xiàn)發(fā)送SE0。此SE0的持續(xù)時(shí)間不得小于2.5微秒。本例的SE0持續(xù)時(shí)間為3.63微秒；3) 高速外設(shè)檢測(cè)到總線(xiàn)上SE0的持續(xù)時(shí)間不小于2.5微秒后，向總線(xiàn)發(fā)送Chirp K信號(hào)。此Chirp K信號(hào)的持續(xù)時(shí)間不小于1毫秒且不大于7毫秒。本例的Chirp K信號(hào)持續(xù)時(shí)間為2毫秒；4) 高速外設(shè)發(fā)送Chirp K信號(hào)結(jié)束后，總線(xiàn)回復(fù)到SE0狀態(tài)。如果USB HUB/HOST支持高速模式，則必須在Chirp K信號(hào)結(jié)束后100微秒內(nèi)做出響應(yīng)。本例中USB HUB/HOST在Chirp K信號(hào)結(jié)束后58.23微秒時(shí)做出了響應(yīng)；5) HUB/HOST在Chirp K信號(hào)結(jié)束后100微秒內(nèi)做出了響應(yīng)，向總線(xiàn)發(fā)送連續(xù)的Chirp K/J對(duì)，每個(gè)Chirp K信號(hào)或Chirp J信號(hào)的寬度不小于40微秒且不大于60微秒（本例為50-60微秒之間），每2個(gè)相鄰的Chirp K和Chirp J信號(hào)之間的間隔不應(yīng)大于2.5微秒。6) 高速外設(shè)在檢測(cè)到連續(xù)的最少3對(duì)Chirp K/J對(duì)后，在500微秒內(nèi)必須斷開(kāi)D+上的上拉電阻，并連接D+和D-上對(duì)地的高速端接電阻，完成高速握手，進(jìn)入高速傳輸模式。在USB標(biāo)準(zhǔn)組織中，對(duì)EL_33, EL_34, EL_35這三個(gè)參數(shù)有要求，EL_33是指Chirp Response Time，指高速Device做出Chirp K信號(hào)響應(yīng)結(jié)束后，到HOST做出響應(yīng)的時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)要求小于100us；EL_34是指Chirp-K&J Duration，指HOST和Device連續(xù)發(fā)送每個(gè)Chirp K信號(hào)或Chirp J信號(hào)的寬度，標(biāo)準(zhǔn)要求在40us和60us之間；EL_35是指從HOST發(fā)送Chirp-J/K結(jié)束到HOST發(fā)送SOF信號(hào)開(kāi)始的時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)要求在100us和500us之間。目前TEK示波器軟件只能測(cè)試EL_33, EL_34這兩個(gè)參數(shù)，EL_35需要手動(dòng)測(cè)量。實(shí)際用TEK示波器測(cè)試Chirp的結(jié)果如圖 21所示。圖 21 USB Chirp測(cè)試結(jié)果4、 結(jié)論、解決方案及效果本文主要介紹了USB2.0作為HOST時(shí)的接口指標(biāo)測(cè)試。在實(shí)際測(cè)試的過(guò)程中，有三個(gè)地方需要關(guān)注：1）在測(cè)試USB眼圖時(shí)，要注意眼圖模板的選擇，不同的測(cè)試場(chǎng)景，模板都不一樣；2）USB電壓Droop測(cè)試，之前一直都是遍歷已有編碼的U盤(pán)和USB接口設(shè)備，但是也未能遍歷市場(chǎng)上，形形色色的USB接口設(shè)備，其實(shí)USB標(biāo)準(zhǔn)組織是對(duì)USB設(shè)備的容性負(fù)載做了限制的，我們只需要用標(biāo)準(zhǔn)定義的負(fù)載去測(cè)試，就能保證我們?cè)O(shè)備的USB接口能對(duì)接標(biāo)準(zhǔn)的USB接口設(shè)備；3）之前在測(cè)試USB接口指標(biāo)是，很少有人會(huì)關(guān)注Chirp測(cè)試項(xiàng)，該測(cè)試項(xiàng)在USB標(biāo)準(zhǔn)組織中也是需要測(cè)試，而且目前的TEK示波器并不能把所有的參