USB 3.0及測(cè)試解決方案

USB平臺(tái)的演進(jìn)

自USB推出以來，USB-IF繼續(xù)發(fā)布該接口標(biāo)準(zhǔn)的新變體。2000年，USB—IF推出的USB 2.0，為用戶更高帶寬的設(shè)備如視頻會(huì)議攝像機(jī)和高分辨率打印機(jī)提供增加的數(shù)據(jù)吞吐率。USB 2.0提供三種數(shù)據(jù)率選擇，包括低速1.5Mb／s，全速12Mb／s和高速480Mb／s。進(jìn)一步發(fā)展是引入了允許用戶以無線方式連接多達(dá)127臺(tái)設(shè)備的無線USB。無線USB提供的帶寬在3m時(shí)高達(dá)480Mb／s，10m時(shí)達(dá)110Mb／s。

通過發(fā)布超速USB 3.0、現(xiàn)在進(jìn)一步增強(qiáng)了USB平臺(tái)。USB 3.0與早期版本后向兼容，旨在滿足富媒體和大型數(shù)字文件傳輸帶寬的要求。USB 3.0規(guī)定的5Gb／s數(shù)據(jù)率和200Mb／s的數(shù)據(jù)吞吐率是USB 2.0的10倍。USB系統(tǒng)的演進(jìn)如圖1所示，USB3.0可以兼容各種傳輸標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示。

USB 3.0的推出解決了USB 2.0一些性能瓶頸問題。為實(shí)現(xiàn)更高的性能水平，USB 3.0另外增加了4條互連線。這樣整個(gè)配線系統(tǒng)總共就有8條線，其中4條遵從USB 2.0規(guī)范和用于確保向后兼容性。另增的4條線配置為專門用于USB 3.0通信的2對(duì)線。它們采用全單工工作模式，一對(duì)線發(fā)送，另一對(duì)線接收。高速USB2.0提供480Mb／s的數(shù)據(jù)率，但實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐率往往受I／O性能限制而超不過35Mb／s。當(dāng)下載較大文件時(shí)，較高的吞吐率能節(jié)省可觀的傳輸時(shí)間。USB 3.0可提供高達(dá)5Gb／s的數(shù)據(jù)傳輸率和200Mb／s以上的數(shù)據(jù)吞吐率，實(shí)際中的表現(xiàn)區(qū)別詳見表1。

USB的體系結(jié)構(gòu)允許所有這些數(shù)據(jù)率在公共PC宿主機(jī)控制下同時(shí)共存于同一配置中。這就提供了混用具有不同速度和吞吐率要求的各種外設(shè)的靈活性。USB規(guī)范大家庭中的USB2.0、無線USB和現(xiàn)在的USB 3.0各自滿足不同的應(yīng)用需要，必將在市場(chǎng)中共存。設(shè)計(jì)師可選擇滿足其產(chǎn)品特定需要的規(guī)范。無論選擇何種規(guī)范，都需要通過堅(jiān)實(shí)可靠的測(cè)試方法確保最終產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

對(duì)于USB設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說，成功通過一致性測(cè)試對(duì)于確保一致性和互操作性是至關(guān)重要的。USB的每種變體都有自己的一致性測(cè)試規(guī)范。不同變體有一些其同性的測(cè)試，但隨著數(shù)據(jù)率的增加，要求對(duì)增加的高速響應(yīng)進(jìn)行更全面的測(cè)試。對(duì)于USB 2.0高速模式和USB 3.0，還需要對(duì)RF響應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。安捷倫科技積極參與USB實(shí)施者論壇(USB-IF)的活動(dòng)，能影響和迅速應(yīng)對(duì)測(cè)試規(guī)范的變化，提供可滿足目前所有USB變體測(cè)試的各種解決方案，經(jīng)USB-IF認(rèn)可適用于世界各地的一致性工作室和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。

USB 3.0測(cè)試解決方案

傳輸速度增加了10倍的USB 3.0對(duì)測(cè)試發(fā)送器、接收器和配線系統(tǒng)提出新挑戰(zhàn)。

發(fā)送器測(cè)試

在進(jìn)行USB 3.0發(fā)送器一致性測(cè)試時(shí)，必須使用相位匹配SMA電纜，在“一致性通道”的末端用SMA終端的發(fā)送器信號(hào)測(cè)量。Agilent USB3.0測(cè)試夾具提供高性能的USB 3.0信號(hào)中間分路，以支持使用SMA終端的發(fā)送器和接收器測(cè)試(如圖3)。

在測(cè)試發(fā)送路徑時(shí)，必須用高速示波器測(cè)量采用規(guī)定碼型的傳輸波形。從而能進(jìn)行眼圖分析和測(cè)量信號(hào)的幅度、抖動(dòng)、平均數(shù)據(jù)率及上升／下降時(shí)間。Agilent 90000系列示波器提供高達(dá)13GHz的帶寬。它可與U7243A USB 3.0發(fā)送器一致性測(cè)試應(yīng)用軟件一起執(zhí)行USB 3.0規(guī)范定義的發(fā)送器一致性測(cè)試和驗(yàn)證測(cè)試。

接收器測(cè)試

USB 3.0規(guī)定設(shè)備內(nèi)的誤碼計(jì)數(shù)器可以從內(nèi)部檢查接收器的誤碼性能。規(guī)范提供的測(cè)試模式包括將接收到的數(shù)據(jù)環(huán)回至設(shè)備發(fā)送器的能力。

測(cè)試接收器的靈敏度需要有可控制的激勵(lì)或碼型發(fā)生器，以提供對(duì)被測(cè)接收器的校準(zhǔn)抖動(dòng)輸入。用集成的誤碼計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量需要用示波器或BERT讀取和解碼得到的結(jié)果。對(duì)異步環(huán)回工作模式中沒有內(nèi)部誤碼計(jì)數(shù)器的測(cè)試，則需要用BERT或協(xié)議分析儀評(píng)估得到誤碼流。這種誤碼計(jì)數(shù)器方法僅限于內(nèi)部設(shè)備能夠識(shí)別的一致性碼型。雖然這是足夠簡(jiǎn)單的通過／失敗測(cè)試，但對(duì)于調(diào)試和表征則是不夠的。

一般要通過接收器應(yīng)力測(cè)試描述USB設(shè)備在不同幅度和抖動(dòng)條件下的性能。這就要求碼型發(fā)生器能夠施加這些不同條件，包括對(duì)目標(biāo)誤碼率產(chǎn)生真實(shí)隨機(jī)抖動(dòng)的能力。

Agilent的系列測(cè)試解決方案解決了這些問題。對(duì)于USB 3.0、Agilent N4903B J-BERT能產(chǎn)生激勵(lì)設(shè)備所需要的碼型，包括在抖動(dòng)容限測(cè)試中向設(shè)備施加應(yīng)力的能力。示波器和Agilent NS990A測(cè)試自動(dòng)化軟件平臺(tái)能解碼捕獲結(jié)果。也可在環(huán)回工作模式中用Agilent BERT和Ellisys的超速協(xié)議分析解決方案表征設(shè)備性能。Ellisys EX280是集成于N5990A中的測(cè)試自動(dòng)化軟件；JBERT和EX280都是完全自動(dòng)化的。

通道測(cè)試

由于USB 3.0增加了帶寬和通道長(zhǎng)度，因此需要對(duì)電纜、連接器和通道驗(yàn)證做更多測(cè)試。為確保設(shè)計(jì)符合差分阻抗和斜扭目標(biāo)，DR／TDT測(cè)量是必不可少的。必須通過VNA測(cè)量精確驗(yàn)證達(dá)到回波損耗、插入損耗和近端／遠(yuǎn)端串?dāng)_的要求。

測(cè)試方案主要優(yōu)點(diǎn)

自動(dòng)化Rx測(cè)試

抖動(dòng)容限曲線(圖4)是了解接收器真實(shí)抖動(dòng)性能的關(guān)鍵。N5990A自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)不僅提供自動(dòng)的接收機(jī)一致性測(cè)試，而且還提供包括抖動(dòng)容限的自動(dòng)接收器表征。它模擬真實(shí)條件，向DUT的規(guī)定部分人為施加特定特性的信號(hào)應(yīng)力。與那些在軟件中建立文件，然后向每一抖動(dòng)測(cè)試點(diǎn)加載波形的其它費(fèi)時(shí)解決方案不同，N5990A用包括校準(zhǔn)抖動(dòng)在內(nèi)的正確激勵(lì)掃描；從而把測(cè)量時(shí)間減到最小。為確保儀器抖動(dòng)特性的驗(yàn)證和在測(cè)試前補(bǔ)償互連容限，自動(dòng)校準(zhǔn)能力是至關(guān)重要的。

測(cè)試夾具

U7242A USB 3.0測(cè)試夾具提供USB 3.0一致性測(cè)試要求的發(fā)送器和接收器測(cè)量點(diǎn)接入，從而有助于簡(jiǎn)化USB 3.0測(cè)量過程。它有與示波器和J-BERT的直接SMA連接，以實(shí)現(xiàn)容易和精確的測(cè)量。它還包括至InfiniiMax有源差分探頭的探測(cè)連接，可用于表征和測(cè)試USB 3.0和USB 2.0流量的有源總線信令。

投資保護(hù)

由于有適用于總線標(biāo)準(zhǔn)USB、PCI Express、SATA和DisplayPort測(cè)試的信號(hào)生成和分析能力，Agilent USB解決方案提供了投資保護(hù)。所有這些總線標(biāo)準(zhǔn)可使用同樣的發(fā)送器和接收器硬件。此外，90000系列示波器是具有可升級(jí)帶寬、可升級(jí)存儲(chǔ)器和應(yīng)用服務(wù)器許可的實(shí)時(shí)示波器。

Agilent USB 3.0測(cè)試系列產(chǎn)品

U7243A是適用于Infiniium示波器的USB 3.0超速電性能驗(yàn)證和一致性測(cè)試軟件。U7243A USB 3.0電測(cè)試軟件采用USB 3.0 rev 1.0規(guī)范和測(cè)試規(guī)范草案中規(guī)定的測(cè)試方法和算法。使用USB—IF SigTest實(shí)用程序與U7243A USB 3.0電測(cè)試軟件所得到的測(cè)試結(jié)果，與使用獨(dú)立USB-IF SigTest工具在USB-IE工作窒或測(cè)試實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行發(fā)送器一致性驗(yàn)證得到的結(jié)果是相符的。

90000系列hafiniium示波器提供高性能的實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，極低的噪聲本底、抖動(dòng)噪聲本底和觸發(fā)抖動(dòng)，因此是信號(hào)完整性測(cè)量和抖動(dòng)測(cè)量的理想工具。該系列有2.5GHz至13GHz的多種型號(hào)，可在未來需要時(shí)進(jìn)行帶寬升級(jí)。

U7242A USB 3.0電氣測(cè)試夾具，提供USB 3.0一致性測(cè)試要求的發(fā)送器和接收器測(cè)量點(diǎn)接入，從而有助于簡(jiǎn)化USB 3.0測(cè)量過程。為發(fā)送器測(cè)量提供測(cè)試點(diǎn)接入，為發(fā)送器和接收器驗(yàn)證和一致性測(cè)試提供USB 3.0規(guī)范要求的單端測(cè)量，使用有源探頭的差分測(cè)量為調(diào)試和驗(yàn)證測(cè)試提供有效總線交易，USB 3.0電源探測(cè)特性能容易地進(jìn)行電源瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)測(cè)量。

USB 3.0接收器測(cè)試解決方案基于J-BERT N4903B，集高質(zhì)量精密數(shù)據(jù)發(fā)生器與預(yù)校準(zhǔn)抖動(dòng)源于一體，以獲得可靠和可重復(fù)的測(cè)試結(jié)果。即使對(duì)于多臺(tái)J-BERT B的情況，也可通過設(shè)計(jì)得到一致性的J-BERT B測(cè)試結(jié)果。基于真實(shí)噪聲源(無界周期隨機(jī)抖動(dòng))的隨機(jī)抖動(dòng)能力符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)目標(biāo)誤碼率的要求。J-BERT B提供隨時(shí)和在測(cè)試期間對(duì)變化應(yīng)力條件的控制。例如在測(cè)試中實(shí)時(shí)調(diào)整信號(hào)幅度或抖動(dòng)應(yīng)力水平。J-BERT B基于碼型特性的碼型序列器和存儲(chǔ)器可在接收器應(yīng)力測(cè)試前和改變測(cè)試碼型前自動(dòng)接通測(cè)試模式。因此能容易適應(yīng)特定的硅實(shí)現(xiàn)，或?yàn)檫M(jìn)行調(diào)試改變測(cè)試碼型。誤碼探測(cè)器的集成信號(hào)分析特性可測(cè)量和校準(zhǔn)測(cè)試裝置，而不需要測(cè)量抖動(dòng)、幅度等參數(shù)的額外儀器。

E5071C網(wǎng)絡(luò)分析儀具有同檔儀器中較高的射頻性能和較快的速度，寬頻率范圍和各種通用功能。E5071C是制造和研發(fā)工程師評(píng)估20GHz頻率范圍射頻元件和電路的一種解決方案。USB 3.0電纜一致性MOI要求選件010和480／485／4K5之一。

Agilent接收機(jī)測(cè)試軟件N5990A選件102覆蓋USB 2.0和USB 3.0。它為U7243A一致性測(cè)試套件補(bǔ)充了接收器一致性測(cè)試，抖動(dòng)容限測(cè)試，靈敏度測(cè)試和恒定參數(shù)應(yīng)力測(cè)試。對(duì)于USB 3.0接收器測(cè)試，NS990A選件102控制I—BERT N4903A／B和其他儀器。N5990A選件202提供綜合測(cè)試報(bào)告的至U7243A接口。

中國(guó)航天科工信息技術(shù)研究院2010年信息化產(chǎn)品發(fā)布會(huì)在京舉辦

2010年1月19日至24日，中國(guó)航天科工信息技術(shù)研究院“創(chuàng)新提升實(shí)力，信息引領(lǐng)未來”2010年信息化產(chǎn)品發(fā)布會(huì)在北京舉行。會(huì)議旨在向上級(jí)機(jī)關(guān)和新老客戶系統(tǒng)展示中國(guó)航天科工信息技術(shù)研究院近年來在國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中取得的大量科技創(chuàng)新成果、服務(wù)于軍民兩用市場(chǎng)的信息化產(chǎn)品和研究院未來的發(fā)展思路，使新老客戶加深對(duì)研究院在信息技術(shù)領(lǐng)域取得的卓越成績(jī)和發(fā)展優(yōu)勢(shì)的認(rèn)識(shí)和了解。