測試指導類-USB接口指標測試指導書

1、 內(nèi)部公開USB接口指標測試指導書最小部門：（企業(yè)業(yè)務BG企業(yè)數(shù)通產(chǎn)品線企業(yè)數(shù)通研發(fā)管理部企業(yè)數(shù)通硬件開發(fā)部）評審記錄：主審人評審專家所屬產(chǎn)品：來源：關鍵詞：USB接口指標；USB眼圖測試；Chirp測試；Droop測試。1、USB接口指標描述為了順應市場的要求，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)速率上升時間Low Speed1.5Mbps75300nsFull Speed12Mbps420nsHigh Speed480Mbps>500ps當我們的設備是作為HOST端是，數(shù)據(jù)方向是Down Stream，

2、其關注的指標有：1、 信號質(zhì)量1) 眼圖測試(Eye-Diagram testing)2) 信號速率(Signal Rate)3) 包結(jié)尾寬度(End of Packet Width)4) JK抖動(JK jitter)5) KJ抖動(KJ jitter)6) 連續(xù)抖動(Consecutive jitter)7) 單調(diào)性測試(Monotonic test (for HS)8) 上升與下降時間(Rise and Fall times)2、 Droop(電壓跌)3、 Chirp (Shake Hands)2、USB接口指標測試方法（1） 信號質(zhì)量測試由于我們的設備都是作為HOST端，在這里只介紹H

3、OST端的接口指標測試方法。1) USB High Speed信號質(zhì)量測試方法a) 連接好被測設備(DUT)、測試夾具和示波器，具體的連接示意圖如圖 1所示。圖 1 High Speed信號質(zhì)量測試連接示意圖b) DUT上電，啟動USB測試包，發(fā)送測試命令，使USB端口能夠發(fā)送出測試碼流，具體的碼流波形如圖 2所示。圖 2 High Speed信號質(zhì)量測試波形c) 運行示波器上的USB測試軟件，在Analyze菜單中選擇USB2.0 Test 啟動后的界面如圖 3所示。在軟件的Measurements菜單中選擇Select，然后選擇High Speed，選擇測試項，在這里可以點擊Select

4、All，將信號質(zhì)量的測試項全部選上。在這個界面上還有一個選項Config，該選項是用來初始化Monotonic Property，選擇后的界面如圖 4所示，是用來初始化邊沿的單調(diào)性是從高低電平的多少百分比開始Check。圖 3 TEK USB測試軟件圖 4 High Speed信號質(zhì)量測試初始化界面d) 選擇眼圖的模板。在USB 2.0的標準協(xié)議中，一共有4種模板。其測試模板的選擇和端口的數(shù)據(jù)方向和測試點的選擇有關。協(xié)議中定義個測試點的選擇及對應的模板選擇。如圖 5和圖 6所示。圖 5 USB2.0標準中的測試模型圖 6 USB2.0標準中關于模板選擇的描述不同的模板對應的眼高和眼寬要求不一樣

5、，如果我們的設備是作為HOST端，數(shù)據(jù)流向是Down Stream，測試點可以選擇TP2和TP3，如果設備對外宣傳是標準的USB2.0接口，就說明我們設備的USB端口上是可以再加USB延長線的，即USB Cable。當然測試點的選擇就是在TP2了，測試的模板就是Template 1，其對應在示波器上九應該選擇Down Stream+Near End，對應示波器的選擇如下圖所示。如果設備內(nèi)部已經(jīng)經(jīng)過了連接器和排線，對外宣稱只支持USB2.0的設備，那如果我們在設備的出端口測試，模板就選擇Template 2，其對應在示波器上應該選擇Down Stream+Far End。其Template 1和

6、Template 2兩個模板對應的大小和參數(shù)如圖 7和圖 8所示。總結(jié)如下，在測試時，根據(jù)不同的測試場景，選擇不同的測試模板。Host測試點模板示波器設置TP2Template 1Down Stream+Near EndTP3Template 2Down Stream+Far End圖 7 USB2.0標準Template1模板的要求圖 8 USB2.0標準Template2模板的要求圖 9 High Speed信號質(zhì)量測試中Tier的選擇選擇完模板后，在圖 9中還有Tier選項需要選擇，為了能夠支持Hub級聯(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

7、有一個Configure選項，需要初始化使用的通道和選擇的探頭類型。如圖 10所示。圖 10 High Speed信號質(zhì)量測試中Configure的選擇e) 示波器設置好后，就可以點擊示波器軟件上的RUN開始測試。測試完后，會生成一個測試報告，保存測試報告在Utilites選項中，選擇Report Generator，如圖 11所示。圖 11 生成High Speed信號質(zhì)量測試報告其中報告中截圖如圖 12所示，其信號質(zhì)量的測試數(shù)據(jù)全部都在報告中體現(xiàn)了，每個測試項是否滿足要求，都能在報告中找到答案。圖 12 High Speed信號質(zhì)量測試報告的具體內(nèi)容2) USB Full Speed信號質(zhì)

8、量測試方法和High Speed信號質(zhì)量測試不同的地方在于測試組網(wǎng)的方式不一樣，具體的測試組網(wǎng)如圖 13所示。有幾個需要注意的地方是USB夾具需要5V供電，需要一個將夾具設置到Initial狀態(tài)，Initial指示燈點亮。在測試Host Full Speed信號質(zhì)量時，需要一個Full Speed的從設備，該供設備需要是USB協(xié)會認證的設備。在這里不在用差分探頭了，需要用兩個單端探頭，注意D+，D-的對應連接的示波器通道。圖 13 Full Speed信號質(zhì)量測試組網(wǎng)示意圖測試組網(wǎng)連接好后，不用發(fā)送測試命令，示波器上就應該能抓到所需要的測試波形，如圖 14所示。圖 14 Full Speed信

9、號質(zhì)量測試波形示波器其他的測試和High Speed一樣，不同的地方是測試項的選擇，需要選擇Full Speed，其測試項還是選擇Select All。3) USB Low Speed信號質(zhì)量測試方法Low Speed的測試組網(wǎng)方式和Full Speed測試組網(wǎng)方式一樣，不一樣的地方是這次用的是Low Speed從設備，可以使用鼠標等從設備。測試時選擇Low Speed，測試項選擇Select All。示波器上就應該能抓到所需要的測試波形，如圖 15所示。圖 15 Low Speed信號質(zhì)量測試波形與Full Speed測試方法不同的是，測試Low Speed時需要使用Cross，具體的設置在

10、File菜單中，選擇Preferences，會彈出一個設置窗口，在此窗口中需要將圖中所示的選項選中，選擇后就可以用Cross來指示有效的Low Speed信號，具體的設置方法如圖 16所示。圖 16 Low Speed信號質(zhì)量測試設置方法（2） Droop測試這里的Droop測試就和電源中的USB插拔沖擊電流和Drop測試內(nèi)容是一致的，但是我們通常通過直接插拔U盤來測試VBUS上的電壓跌落情況，其實這種測試方法是不正確的，因為根據(jù)USB2.0的標準定義是當端口上有100mA的負載變化時，VBUS上的電壓跌落要求小于330mV，這里為什么需要關注VBUS的電壓跌落，主要擔心USB端口負載的變化影

11、響VBUS電源上其他器件和USB端口的正常工作。測試組網(wǎng)如下圖所示，需要將測試夾具連接到被測端口，用USB端口給夾具供電。需要使用2個探頭來來進行測試，一個探頭用于Triger，點在負載端口上的VBUS信號上，另一個探頭點在總線的VBUS信號線上。測試組網(wǎng)如圖 17所示。圖 17 Droop測試組網(wǎng)示意圖具體的示波器設置，選擇Analyze菜單>USB2.0 Tset Package>Measurements，選擇High Speed菜單中Droop測試項。測試時，需要根據(jù)實際的應用進行Config設置，如圖 18所示。1）需要選擇Port，對應測試夾具上實際使用的Port；2）H

12、ub菜單選擇，一般我們測試的都是Host，所以選擇Bus Powered；3）Select Source選擇，需要選擇Live/Ref，其中的VBus需要對應上實際使用的探頭對應的通道，Trigger選擇點在被測端口的通道上。設置完后，按下RUN，此時需要將測試夾具上的選擇開關從無負載撥到有負載的情況，以便能讓示波器抓到電壓Droop信號。圖 18 Droop測試時示波器設置測試到的波形如圖 19所示，最后軟件會測試到實際的電壓Droop。圖 19 Droop測試波形（3） Chirp測試USB全速外設備和低速外設是通過在D+或D-數(shù)據(jù)線上上拉1.5K的電阻予以區(qū)別，D+上拉為全速外設，D-上

13、拉為低速外設。高速外設的識別則比較復雜，需要通過主機與高速外設握手才能識別。本篇對高速USB握手進行說明。高速外設最初以全速外設的形式出現(xiàn)，即：高速外設在插入USB HUB/HOST時D+數(shù)據(jù)線上拉1.5K的電阻；高速握手成功之后，外設與主機進入高速模式。如果握手不成功，則返回全速模式；在高速握手過程中，USB HUB/HOST要判定與其相連的外設是否支持高速模式，外設也要判定USB HUB/HOST是否支持高速模式。下面將具體說明高速設備的握手過程，其整個過程如圖 20所示。圖 20 USB HOST與Device整個握手過程1) USB HUB/HOST檢測到插入的外設為全速外設，即：D+

14、數(shù)據(jù)線被上拉；2) USB HUB/HOST檢測到插入的外設為全速外設后，復位總線。即：向總線發(fā)送SE0。此SE0的持續(xù)時間不得小于2.5微秒。本例的SE0持續(xù)時間為3.63微秒；3) 高速外設檢測到總線上SE0的持續(xù)時間不小于2.5微秒后，向總線發(fā)送Chirp K信號。此Chirp K信號的持續(xù)時間不小于1毫秒且不大于7毫秒。本例的Chirp K信號持續(xù)時間為2毫秒；4) 高速外設發(fā)送Chirp K信號結(jié)束后，總線回復到SE0狀態(tài)。如果USB HUB/HOST支持高速模式，則必須在Chirp K信號結(jié)束后100微秒內(nèi)做出響應。本例中USB HUB/HOST在Chirp K信號結(jié)束后58.23

15、微秒時做出了響應；5) HUB/HOST在Chirp K信號結(jié)束后100微秒內(nèi)做出了響應，向總線發(fā)送連續(xù)的Chirp K/J對，每個Chirp K信號或Chirp J信號的寬度不小于40微秒且不大于60微秒（本例為50-60微秒之間），每2個相鄰的Chirp K和Chirp J信號之間的間隔不應大于2.5微秒。6) 高速外設在檢測到連續(xù)的最少3對Chirp K/J對后，在500微秒內(nèi)必須斷開D+上的上拉電阻，并連接D+和D-上對地的高速端接電阻，完成高速握手，進入高速傳輸模式。在USB標準組織中，對EL_33, EL_34, EL_35這三個參數(shù)有要求，EL_33是指Chirp Respons

16、e Time，指高速Device做出Chirp K信號響應結(jié)束后，到HOST做出響應的時間，標準要求小于100us；EL_34是指Chirp-K&J Duration，指HOST和Device連續(xù)發(fā)送每個Chirp K信號或Chirp J信號的寬度，標準要求在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信號開始的時間，標準要求在100us和500us之間。目前TEK示波器軟件只能測試EL_33, EL_34這兩個參數(shù)，EL_35需要手動測量。實際用TEK示波器測試Chirp的結(jié)果如圖 21所示。圖 21 USB Chirp測試結(jié)果4、

17、結(jié)論、解決方案及效果本文主要介紹了USB2.0作為HOST時的接口指標測試。在實際測試的過程中，有三個地方需要關注：1）在測試USB眼圖時，要注意眼圖模板的選擇，不同的測試場景，模板都不一樣；2）USB電壓Droop測試，之前一直都是遍歷已有編碼的U盤和USB接口設備，但是也未能遍歷市場上，形形色色的USB接口設備，其實USB標準組織是對USB設備的容性負載做了限制的，我們只需要用標準定義的負載去測試，就能保證我們設備的USB接口能對接標準的USB接口設備；3）之前在測試USB接口指標是，很少有人會關注Chirp測試項，該測試項在USB標準組織中也是需要測試，而且目前的TEK示波器并不能把所有的參數(shù)測試完全，需要自己