當今消費電子產品中大多數有線設備間通信的基礎是通用串行總線或 USB。但重大變化正在進行中：增強型 SuperSpeed-Plus USB3.1 Gen 2 將 SuperSpeed Gen 1 比特率從 5 Gb/s 提高到 10 Gb/s。使用 Gen 2 的 128/132 位編碼，與 Gen 1 的 8/10 位編碼相比，Gen 2 的有效吞吐量是 Gen 1 的 2.5 倍。

結合 USB 3.1 的頒布，一種新的連接器——USB Type-C——被引入。其 ALT 模式功能使其不僅可以通過同一連接器傳輸 USB 信號，還可以傳輸 Thunderbolt、DP 和 MHL 信號。

本文重點介紹如何為下一代 USB 執行發射器表征，舉例說明了 Gen 2 所需的仔細測試類型。但請記住，USB 3.1 鏈路的任何完整表征都需要其他測試系統，包括 EDA 設計仿真工具、BERT 自定義鏈路訓練和接收器測試解決方案，以及用于表征電纜和連接器的網絡分析儀。

全鏈路測試視角

綜合發射機表征的第一步不是簡單地查看發射機的輸出，還要了解在鏈路末端、接收機內部如何看到信號。這需要了解并整合信號在鏈路中穿過的所有組件：

? 鏈路協議? 發射機均衡? 擴頻時鐘? 兼容通道? 參考接收機

了解和測試這些單獨的鏈路組件的規格有助于深入了解全面的發射機特性。

鏈接協議

除了支持 USB 3.1 Gen 2 速度外，Type-C 連接器還必須支持 USB 2.0、3.0 和 USB 3.1 Gen 1 速度。USB 2.0 信號通過 D+/D- 線傳輸，USB 3.0 和 3.1 信號通過 TX 差分對傳輸(圖 1)。

圖 1：在 USB 3.1 中，Type-C 連接器的引腳分配了如上所示的信號。

這需要鏈路合作伙伴聲明和協商他們的適當能力。為了實現 10-Gb/s 信令，LTSSM(鏈路訓練狀態狀態機)必須正確傳輸和識別 LFPS(低頻周期信令)、SCD1/SCD2(超高速能力聲明)和 LBPM(基于 LFPS 的 PWM信息)。

在測試期間，BERT 用作鏈路伙伴，它將 LTSSM 信號發送到被測設備 (DUT) 的接收器輸入。來自 DUT TX 的響應隨后由發射機合規性分析軟件進行分析。對精確的突發時序、間隔和信號質量指標(如上升/下降時間)進行了測試，以確保符合規范要求(表 1)。

表 1：LTSSM 合規性分析軟件的典型測試結果。

發射機均衡

隨著比特率的提高，需要額外的發射機均衡來抵消信道中的損耗。USB 3.1 Gen 2 指定 3 抽頭 FIR 均衡器，具有規范(必需)2.2 ± 1.0 的預沖和 -3.1 ± 1.0 的去加重。為了表征發射機均衡，使用了一致性模式 CP13 到 CP16(表 2)。BERT 或模式發生器用于生成切換 DUT 以輸出各種合規模式所需的 ping.LFPS 信號。

表 2：發射器均衡的一致性模式(來自 USB-IF)。

需要對發送器預沖和去加重進行精確實施和表征，以正確補償 USB 電纜或連接器中的損耗，如表 3所示。

表 3：對符合 DUT 的發射機特性進行適當的預沖和去加重。

擴頻時鐘

為了降低 EMI，USB 3.1 DUT 始終在啟用擴頻時鐘 (SSC) 的情況下運行。結合鏈路伙伴之間的獨立時鐘架構，異步時鐘域顯著降低了接收器的余量。接收器中的 CDR 在跟蹤和抑制低頻抖動方面受壓擺率限制。因此，必須仔細表征 TX SSC df/dt、調制頻率和調制速率，如圖 2 所示。

圖 2：SSC 調制曲線圖。

合規渠道

要測試帶有 USB Type-C 到 Type-C 連接器的 10 G 主機，通道一致性必須等于 14.5 dB 的損耗。這種損耗來自主機/Tx Type-C 連接器的輸出 (8.5 dB)，包括任何電纜、連接器、適配器和測試夾具 (6 dB)。

傳統方法是使用測試夾具、電纜、連接器和可變 ISI 通道的組合來構建完整的硬件兼容通道，以實現所需的損耗。另一種方法是使用具有最高信號完整性和軟件嵌入兼容通道的測試夾具。即使 USB Std A 型連接器用于主機，并且主機與設備端的 Std B 或 Micro B 連接器通信，同樣的要求也適用。

信號質量測試

一些 TX 測試是在發射機的輸出端執行的。然而，許多 TX 測試是在鏈路末端執行的，并且還包含接收器特性，例如接收器均衡和接收器時鐘恢復。

隨機抖動 (RJ)、總抖動(TJ，隨機加確定性抖動)、眼圖寬度和眼圖高度等信號質量測量可提供有關鏈路物理層性能的定量數據。此外，它們通過隔離和分解各種抖動分量，深入了解眼圖閉合的根本原因。

與上述發射機均衡測量類似，信號質量測試需要特定的合規模式。通常，進行 RJ 分析需要時鐘模式，而 TJ、眼寬和眼高需要 PRBS 模式。

要將兼容的接收器添加到鏈路，在分析之前將參考 CTLE 和 DFE 應用于波形。類似地，參考時鐘恢復也應用于分析之前的波形，以消除 SSC 和其他低頻抖動分量。相比之下，在前面討論的 SSC 分析中，沒有執行時鐘恢復，我們專注于表征發射機的完整抖動頻譜。在信號質量測試中，我們測試了參考接收機恢復時鐘、消除低頻抖動、均衡和恢復符合最壞情況的信號的能力。期望的結果與表 4中的結果類似，眼圖如圖 3 所示。

表 4：來自合規 DUT 的信號質量結果。

圖 3：最壞情況兼容信號的眼圖。

審核編輯：湯梓紅