USB3.1標(biāo)準(zhǔn)是目前PC上最成功的接口USB的最新標(biāo)準(zhǔn)，在USB3.1的標(biāo)準(zhǔn)里，革命性地融合了3種最新的現(xiàn)代科技技術(shù)，分別是：數(shù)據(jù)速率從5Gbps提高到10Gbps；TypeC接口實(shí)現(xiàn)PC外設(shè)接口的統(tǒng)一；PowerDelivery技術(shù)實(shí)現(xiàn)更智能強(qiáng)大的充電能力。下面簡(jiǎn)單分別介紹一下。

• 數(shù)據(jù)速率提升到10Gbps：USB接口的標(biāo)準(zhǔn)最早是上世紀(jì)90年代推出，數(shù)據(jù)速率為1.5Mbps（LowSpeed），后來(lái)提高到12Mbps（FullSpeed），在2000年又提高到480Mbps（HighSpeed），從此開始了USB接口一統(tǒng)PC外設(shè)接口的時(shí)代。到2008年時(shí)，面對(duì)大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶魬?zhàn)以及eSATA的競(jìng)爭(zhēng)，USB協(xié)會(huì)又推出3.0標(biāo)準(zhǔn)，把接口速率提高到了5Gbps，目前在PC及移動(dòng)硬盤上已經(jīng)普及。由于原先的USB2.0的信號(hào)線纜以及芯片的限制已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)從1.5Mbp到5Gbps這么大跨度范圍的信號(hào)傳輸，所以USB3.0是在原來(lái)的USB2.0的接口上另外增加了2對(duì)高速的差分析，采用類似PCIe那樣的預(yù)加重、均衡和8b/10b編碼技術(shù)。到2013年時(shí)，隨著對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸速率要求的進(jìn)一步提升，USB協(xié)會(huì)又通過3.1標(biāo)準(zhǔn)的推出把數(shù)據(jù)速率提高到10Gbps，同時(shí)采用了效率更高的128b/132b編碼方式。不過隨著速率的提高，除了芯片做的更加復(fù)雜以支持鏈路協(xié)商和克服損耗以外，能夠支持的電纜的最長(zhǎng)長(zhǎng)度也從USB2.0時(shí)代的5米降到了USB3.0時(shí)代的3米，到USB3.1時(shí)代就只有2米了。
  
• TypeC統(tǒng)一了PC外設(shè)接口：對(duì)于USB3.1標(biāo)準(zhǔn)推出來(lái)說(shuō)，最讓業(yè)界興奮的還不是數(shù)據(jù)速率的提升，而是對(duì)TypeC接口的采用。目前使用的USB接口主要為扁形的A型口和方形的B型口，以及在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上廣泛使用的的MicroB的接口。而TypeC接口的推出真正改變這一切。TypeC之所以引起業(yè)界的關(guān)注和積極采用主要因?yàn)閹讉€(gè)原因：更輕、更小，適合手機(jī)、PAD、筆記本等輕薄應(yīng)用，同時(shí)信號(hào)的屏蔽更好；采用類似蘋果Lightning接口的正反插模式，正反面的信號(hào)定義是對(duì)稱的，通過CC1/CC2（ControlChannel）管腳可以自動(dòng)識(shí)別，用戶可以不區(qū)分方向盲插拔；正常情況下根據(jù)插入的是正面還是反面可以用TX1+/TX1-/RX1+/RX1-或者TX2+/TX2-/RX2+/RX2-這兩對(duì)差分線進(jìn)行USB3.1的信號(hào)傳輸，但如果支持AltMode，則可以四對(duì)差分一起支持Displayport、MHL、Thunderbolt視頻或存儲(chǔ)格式信號(hào)輸出，并通過SBU1/SBU2（SecondaryBus）管腳來(lái)實(shí)現(xiàn)AltMode下一些低速視頻控制信號(hào)的傳輸；支持更智能、靈活的通信方式，通過CC1/CC2的上下拉電阻設(shè)置可以區(qū)分主機(jī)（DFP接口：DownstreamFacing Port）還是外設(shè)（UFP接口：UpstreamFacing Port），也可以通過CC管腳去讀取外設(shè)或電纜支持的供電能力。

• Power Delivery技術(shù)實(shí)現(xiàn)更智能強(qiáng)大的充電能力：即插即用、數(shù)據(jù)傳輸與充電合一是USB接口的的一個(gè)重要特征。在USB2.0時(shí)代，USB接口可以支持2.5W的供電能力（5V/500mA），到USB3.0時(shí)代提高到了4.5W（5V/900mA），但這樣的供電能力對(duì)于筆記本或者一些稍大點(diǎn)的電器供電都是不夠的，而且由于一些產(chǎn)品的質(zhì)量問題，也出現(xiàn)過由于充電過程中起火燒毀的事故。為了支持更強(qiáng)大的充電能力，同時(shí)避免安全隱患，USB3.1標(biāo)準(zhǔn)中引入了PowerDelivery的協(xié)議（即PD2.0協(xié)議），一方面允許更大范圍的供電能力（比如5V/2A、12V/1.5A、12V/3A、12V/5A、20V/3A、20V/5A），另一方面會(huì)通過CC線進(jìn)行PD的協(xié)商以了解線纜和對(duì)端支持的供電能力，只有通過協(xié)商成功后才允許提供更高的電壓或工作電流。下圖是PD協(xié)商的原理，以及實(shí)測(cè)到的一個(gè)被測(cè)件插入過程中通過CC協(xié)商后把輸出電壓從5V提高到20V的信號(hào)波形。

某用戶在對(duì)USB3.1TypeC接口的設(shè)備進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量測(cè)試時(shí)，需要被測(cè)件發(fā)出不同的測(cè)試碼型，但是用戶不知如何完成碼型的切換，這里就來(lái)進(jìn)行一下分析。

首先，我們要知道TypeC的接口是雙面的，也就是同一時(shí)刻只有TX1+/TX1-或者TX2+/TX2-管腳上會(huì)有USB3.1信號(hào)輸出，至于哪一面有信號(hào)輸出，取決于插入的方向。缺省情況下DFP設(shè)備在CC管腳上有上拉電阻Rp，UFP設(shè)備在CC管腳上有下拉電阻Rd，根據(jù)插入的電纜方向不同，只有CC1或者CC2會(huì)有連接，通過檢測(cè)CC1或者CC2上的電壓變化，DFP和UFP設(shè)備就能感知到對(duì)端的插入從而啟動(dòng)協(xié)商過程。

在信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試過程中，由于被測(cè)件連接的是測(cè)試夾具，并沒有真實(shí)的對(duì)端設(shè)備插入，這就需要人為在測(cè)試夾具上模擬電阻的上下拉來(lái)欺騙被測(cè)件輸出信號(hào)。對(duì)于DFP設(shè)備的測(cè)試，需要模擬對(duì)端Rd的下拉；對(duì)于UFP設(shè)備的測(cè)試，需要模擬對(duì)端Rp的上拉。根據(jù)使用的測(cè)試夾具不同，其設(shè)置上下拉的方法也不一樣。

如果使用USB協(xié)會(huì)的TypeC夾具，其套件包含16塊不同功能的夾具，要區(qū)分使用的是做Host測(cè)試夾具還是Device測(cè)試夾具，其上面的跳線和上下拉設(shè)置情況不太一樣。

而如果使用的是Keysight公司的測(cè)試夾具，其夾具N7015A本身不做Host或Device的區(qū)分，而是通過N7016A的低速控制器來(lái)設(shè)置是上拉、下拉還是開路，可以通過軟件來(lái)控制。

接下來(lái)我們來(lái)看一下在USB3.1的TypeC測(cè)試中如何使被測(cè)件發(fā)出測(cè)試碼型。根據(jù)USB3.1的LTSSM（LinkTraining and Status State Machine）狀態(tài)機(jī)的定義，在通過上下拉電阻檢測(cè)到對(duì)端插入以及檢測(cè)到對(duì)端的50歐姆負(fù)載端接后，就進(jìn)入Polling協(xié)商階段。在這個(gè)階段，被測(cè)件會(huì)先發(fā)出Polling.LFPS的碼型和對(duì)端協(xié)商（LFPS的測(cè)試后面我們還會(huì)提到），如果對(duì)端有正常回應(yīng)，就可以繼續(xù)協(xié)商之際進(jìn)入U(xiǎn)0的正常工作狀態(tài)；但如果對(duì)端沒有回應(yīng)（比如連接示波器做測(cè)試時(shí)），則被測(cè)件內(nèi)部的狀態(tài)機(jī)就會(huì)超時(shí)并進(jìn)入一致性測(cè)試模式（ComplianceMode），在這種模式下被測(cè)件可以發(fā)出不同的測(cè)試碼型以進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量的一致性測(cè)試。

在一致性測(cè)試模式下，被測(cè)件可能發(fā)出16種不同的測(cè)試碼型以進(jìn)行不同項(xiàng)目的測(cè)試，比如CP0CP8是5Gbps速率的測(cè)試碼型，CP9CP16是10Gbps速率的測(cè)試碼型，CP0和CP9用于眼圖測(cè)試，CP1和CP10用于隨機(jī)抖動(dòng)測(cè)試等。剛剛進(jìn)入一致性測(cè)試模式時(shí)，被測(cè)件會(huì)停留在CP0狀態(tài)，如果收到Ping.LFPS的碼型輸入，就會(huì)切換到下一個(gè)測(cè)試碼型，依次往復(fù)循環(huán)。Ping.LFPS是頻率大約幾十MHz的低速的脈沖串，可以借助于函數(shù)發(fā)生器、碼型發(fā)生器或者誤碼儀等設(shè)備生成，下圖是用示波器捕獲到的當(dāng)被測(cè)件接收到Ping.LFPS的脈沖串并進(jìn)行碼型切換的例子。

除了5Gbps和10Gbps的正常信號(hào)的測(cè)試，在信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試中還需要對(duì)SCD1（SuperspeedCapability Declaration 1）、SCD2（SuperspeedCapability Declaration 2）和LBPM（LFPSBased Pulse Width Modulation Messaging）的信號(hào)波形進(jìn)行測(cè)量。

在USB3.0的時(shí)候，只有統(tǒng)一的LFPS（LowFrequency Periodic Signaling）信號(hào)，用于上電階段向?qū)Ψ铰暶髯约褐С諹SB3.0的能力。LFPS是特殊的低速脈沖串，其寬度和周期分別代表不同含義，用于總線的控制，因此其時(shí)間和幅度參數(shù)的準(zhǔn)確性對(duì)于系統(tǒng)工作非常重要。

在USB3.1的標(biāo)準(zhǔn)里，進(jìn)一步擴(kuò)展了LFPS信號(hào)的功能，它不再像USB3.0里那樣使用等間隔周期的脈沖串，而是用不同的脈沖串間隔的寬窄編碼來(lái)代表不同的含義，最典型的就是SCD1和SCD2信號(hào)。在USB3.1的設(shè)備上電階段，會(huì)先發(fā)出SCD1的信號(hào)，如果對(duì)端有SCD1的信號(hào)回應(yīng)，則會(huì)進(jìn)入下一階段發(fā)出SCD2的信號(hào)；如果對(duì)端再有SCD2的信號(hào)回應(yīng)，則會(huì)又進(jìn)入下一階段用LBPM信號(hào)進(jìn)行鏈路速率和其它參數(shù)的協(xié)商。下面的兩張圖分別顯示了SCD1到SCD2信號(hào)的切換，以及SCD2信號(hào)到LBPM的信號(hào)切換過程。

因此，在測(cè)試中，如果要進(jìn)行SCD1以及后續(xù)的SCD2、LBPM等相關(guān)參數(shù)的測(cè)試，就任然也需要一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器能夠發(fā)出SCD1、SCD2甚至LBPM的信號(hào)和被測(cè)件進(jìn)行交互，以欺騙被測(cè)件進(jìn)入后續(xù)的狀態(tài)，這臺(tái)信號(hào)發(fā)生器可以使用和前面做一致性碼型切換一樣的設(shè)備。

具備了高速示波器、測(cè)試夾具以及做信號(hào)碼型切換的信號(hào)發(fā)生器后，再配合上示波器里的針對(duì)USB3.1的信號(hào)一致性測(cè)試軟件，就可以在軟件的提示下切換被測(cè)件的狀態(tài)并完成相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目，并生成測(cè)試報(bào)告。