电气性能测试USB测试信号完整性测试

USB4.0 的 规范 是 2021 年 5 月份发 布 的 ”USB4 Specification Version 1.0 with Errata and ECN through Oct. 15, 2020”；测 试 规 范 是 2021 年 7 月 份 发 布的 ”USB4 Electrical Compliance Test Specification V1.02”。

因为 USB4.0 需要支持有源电缆和无源电缆两种应用场景，  针对 的测试点分别是 TP2 和TP3，  即通俗讲的近端测试和远端测试。 在进行远端测试时，需要考虑无源电缆的影响。因为一根实体的 无源电缆很难完整的表征所有恶劣的场景，  包括插入损耗、回 波损耗、串扰等，为了保证测试的一致性和可重复性，发动端测 试都是用软件的算法，  利用示波器嵌入 S 参数 / 传递函数的方式， 实现参考链路的模拟。同时，  为了保证测试精度，  USB4.0 要求示 波器在进行信号捕获前，需要通过去嵌 (De-embedded) 的方式去除 测试电缆的影响。 USB2.0一致性测试数据；电气性能测试USB测试信号完整性测试

为了模拟传输通道对信号的影响，USB协会提供了相应的测试夹具。每套测试夹具由 很多块组成，可以模拟相应的PCB走线并在中间插入测试电缆。这些测试夹具通过组合可 以进行发送信号质量的测试，也可以进行接收容限的测试，或者进行接收容限测试前的校 准。图3 .4是USB协会提供的针对10Gbps的A型接口主机及Micro-B型接口外设的测 试夹具。

除了使用真实的测试夹具和电缆来模拟传输通道对信号的影响外，实际测试中还可以 用示波器的S参数嵌入功能来模拟加入传输通道影响，这样可以简化测试连接，也避免了 夹具反复插拔造成的特性变化。图3.5是使用夹具直接引出信号，并通过示波器中的S参 数嵌入功能进行通道嵌入的典型的USB3.0的信号质量测试环境。 多端口矩阵测试USB测试执行标准USB3.0的自动测试软件；

每一代USB新的标准推出，都考虑到了对前一代的兼容能力，但是一些新的特性可能只能在新的技术下支持。比如USB3.2的X2模式、USB4.0的20Gbps速率、更强的供电能力及对多协议的支持等，都只能在新型的Type-C连接器上实现。由于USB总线的信号速率已经很高，且链路损耗和链路组合的情况非常复杂，所以给设计和测试验证工作带来了挑战，对于测试仪器的功能和性能要求也与传统的USB2.0差别很大。下面将详细介绍其相关的电气性能测试方法。由于涉及的标准众多，为了避免混淆，我们将把USB3.0、USB3.1、USB3.2标准统称为USB3.x,并与USB4.0标准分开介绍。

USB信号完整性测试

USB3.0和USB2.0相比有着非常本质的区别，USB3.0有两对高速差分线分别进行信号的发送和接收，为全双工工作模式，且使用了多种高速处理技术，如均衡、预加重等，对此进行的物理层一致性测试是非常重要的，USB3.0规范要求进行多个项目的测试，如发送端测试、接收端测试、线缆测试等，因此需要多种仪器进行测试。

接着就是设置DUT类型、速率、夹具和测试分析模式，由于DUT是Host，所以在Host一栏选择Host；USB3.2的速率为10G；测试的夹具分为了两类，一类是USB-IF协会的，另一类就是Tektronix的，在这里选择的是USB-IF的测试夹具；另外一个非常关键的点就是Test Method，是否选用USB-IF SigTest的分析方法，通常，我们会选择使用；选择参考时钟，一般高速串行信号都会选用SSC模式；还要根据产品使用。 克劳德高速数字信号测试实验室USB标准测试方案；

4.USB4.0Sideband信号测试因为USB4.0需要通过Type-C连接器的SBU1、SBU2等sideband信号完整复杂的初始化和协议控制，所以测试规范对它们的电气特性测试做了详细的要求。这部分测试比较简单，使用通用示波器和万用表就可以很方便的完成，感兴趣的同学可以直接参考测试规范。

小结：是德科技提供了完整的 USB4.0 电气测试方案，  包括发送端测试、 接收端测试、回波损耗测试 Sideband 信号测试。并且，这些方案 已经在实际中得到验证，  表现优异。 示波器在USB2.0一致性分析测试方案；多端口矩阵测试USB测试执行标准

USB3.0信号和协议测试？电气性能测试USB测试信号完整性测试

USB电缆/连接器测试和USB2.0相比，USB3.0及以上产品的信号带宽高出很多，电缆、连接器和信号传输路径验证变得更加重要。图3.39是规范中对支持10Gbps信号的Type-C电缆的插入损耗(InsertionLoss)和回波损耗(ReturnLoss)的要求。

很多高速传输电缆的插损和反射是用频域的S参数的形式描述的，频域传输参数的测 试标准是矢量网络分析仪(VNA)。另外，对于电缆来说还有一些时域参数，如差分阻抗和 不对称偏差(Skew)等也必须符合规范要求，这两个参数通常是用TDR/TDT来测量。目前 很多VNA已经可以通过增加时域TDR选件(对频域测试参数进行反FFT变换实现)的方 式实现TDR/TDT功能。另外，USB Type-C电缆上要测试的线对数量很多，通过模块化的 设计，VNA可以在一个机箱里支持多达32个端口，因此所有差分电缆/连接器的测试项目 都可以通过一 台多端口的VNA来完成。图3.40是用多端口的VNA配合测试夹具进行 Type-C 的USB 电缆测试的例子。 电气性能测试USB测试信号完整性测试