测试指导类USB接口指标测试指导书.docx

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测试指导类USB接口指标测试指导书

USB接口指标测试指导书

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（企业业务BG—企业数通产品线一企业数通研发管理部一企业数通硬件开发

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USB接口指标：

USB眼图测试；Chirp测试；Droop测试。

1、USB接口指标描述

为了顺应市场的要求，目前的产品大部分都出的是USB2.0的接口，而且我们产品都是作为HOST端，USB2.0一共提供3种速率，如下表。

数据速率

上升时间

LowSpeed

1.5Mbps

75~300ns

FullSpeed

12Mbps

4-20ns

HighSpeed

480Mbps

>500ps

当我们的设备是作为HOST端是，数拯方向是DownStream,其关注的指标有:

1、信号质量

1）眼图测试（Eye-Diagramtesting）

2）信号速率（SignalRate）

3）包结尾宽度（EndofPacketWidth）

4）JK抖动（JKjitter）

5）KJ抖动（KJjitter）

6）连续抖动（Consecutivejitter）

7）单i周性测试（Monotonictest（forHS））

8）上升与下降时间（RiseandFalltimes）

2、Droop（电压跌落）

3、Chirp（ShakeHands）

2、USB接口指标测试方法

（1）信号质量测试

由于我们的设备都是作为HOST端，在这里只介绍HOST端的接口指标测试方法。

1）USBHighSpeed信号质量测试方法

a）

连接好被测设备（DUT）、测试夹具和示波器，具体的连接示意图如图1所示。

图1HighSpeed信号质量测试连接示意图

b）

DUT上电，启动USB测试包，发送测试命令，使USB端口能够发送岀测试码

流.具体的码流波形如图2所示。

c）运行示波器上的USB测试软件，在Analyze菜单中选择USB2.0Test启动后的

界而如图3所示。

在软件的Measurements菜单中选择Select,然后选择HighSpeed,选择测试项，在这里可以点击SelectAll.将信号质量的测试项全部选上。

在这个界而上还有一个选项Config,该选项是用来初始化Monotonic

Property＞选择后的界而如图4所示，是用来初始化边沿的单调性是从高低电平的多少百分比开始Checko

图4HighSpeed信号质量测试初始化界而

d）选择眼图的模板。

在USB2.0的标准协议中，一共有4种模板。

其测试模板的

选择和端口的数摇方向和测试点的选择有关。

协议中肚义个测试点的选择及

对应的模板选择。

如图5和图6所示。

HubCircuitBoardDeviceCircuitBoard

Figure7-11.MeasurementPlanes

图5USB2.0标准中的测试模型

Template1:

TransmitwaveformrequirementsforhubmeasuredatTP2.andfordevice（withoutacaptivecable）measuredatTP3

Template2:

Transmitwavefonnrequirementsiordevice（withacaptivecable）measuredatTP2

Template3:

Receiversensitivityrequirementsfordevice（withacaptivecable）whensignalisappliedatTP2

Template4:

Receiversensitivityrcquircmentsfordevice（withoutacaptivecable）whensignalisappliedatTP3・andforhubwhensignalisappliedalTP2

Templates5and6arerecommendedguidelinesfordesigners:

Template5:

TransmitwaveformrequirementsforhubtransceivermeasuredalTP1.andfordevicetransceivermeasuredalTP4

Template6:

ReceiversensitivityrequirementsfordevicetransceiverwhensignalisappliedatTP4.andforhubtransceiveratwhensignalisappliedatTPI

图6USB2.0标准中关于模板选择的描述

不同的模板对应的眼髙和眼宽要求不一样，如果我们的设备是作为HOST端，数掳流向是DownStream,测试点可以选择TP2和TP3,如果设备对外宣传是标准的USB2.0接口，就说明我们设备的USB端口上是可以再加USB延长线的，即USBCable。

当然测试点的选择就是在TP2了，测试的模板就是Template1,英对应在示波器上九应该选择DownStream+NearEnd,对应示波器的选择如下图所示。

如果设备内部已经经过了连接器和排线，对外宣称只支持USB2.0的设备，那如果我们在设备的岀端口测试，模板就选择Template2,其对应在示波器上应该选择DownStreain+FarEnd。

其Template1和Template2两个模板对应的大小和参数如图7和图8所示。

总结如下，在测试时，根据不同的测试场景，选择不同的测试模板。

Host

测试点

模板

示波器设置

TP2

Template1

DownStream+NearEnd

TP3

Template2

DownStream+FarEnd

Tetnplalct

Figure?

-BtheirarwmitwnvcfcwwrequiranentsforahubmeasuredatTP2,andforndevice（uiihoaaC4«i*cciWc）measureiialTP3

VoltageLevel（（H■D«）

Time（%ofUnHInterval）

Le-rtjl1

525mVinUlatransition.

475mVinallathors

N>A

L"2

•525mVinUlfdknwngatransOcn.

-475Inailoihan

N>A

Point1

OV

7-5%Ul

Point2

ov

92.5%Ul

Point3

300mV

37.5%Ul

Point4

300mV

62.5%Ul

Points

-300mV

1

37.5%Ul

Point6

•300mV

I

625%Ul

图7USB2.0标准Template1模板的要求

VoltageLevel（D+-D-）

Time（%ofUnitInterval）

Level1

525mVinUlfoiiosMngatransRion.

475mVmalloEgrs

N/A

Level2

•525mVinmfollowingatransition.-47SInallothers

NZA

Point1

OV

12.5%Ul

Point2

OV

87.5%Ul

Point3

176mV

35%m

Point4

176mV

65%Ul

Point5

-175mV

35%m

Point6

-175mV

65%m

Figurv7-14showstnnwnitavetaimrvquirvmenl5twudevice（withacaptivecable）measuredatTP2

♦40EVDifferential

OVoUDifferontial

-400mV

Differential

选择完模板后，在图9中还有Tier选项需要选择，为了能够支持Hub级联，我们选择Tie6具体

的解释可以参考USB2.0协议中4.1.1o在图10中还有•个Configure选项，需要初始化使用的通道和选择的探头类型。

如图10所示。

|嘗Fitebfeasgrrm•饴Resuts

LUloesHelp

“♦“ur・MnuConhgurt

S^rulOuiMyCMck-

TDSUSB2

CtrrtguregSource

Uve»R«f

OUnerenz

.SingleEfMsU

auar/C俗"R

Coniguretne&20

D*[Cm~「

rre^.retrenn$）anaPr«&

D-|Ch2~

CW3■

RlfOccn

•r-iUHirir

1-1

图10HighSpeed信号质量测试中Configure的选择

e）示波器设置好后，就可以点击示波器软件上的RUN开始测试。

测试完后，会

生成一个测试报告，保存测试报告在Utilitcs选项中，选择ReportGenerator,

如图11所示。

File*M^asufG

Utilities:

ReportGenerator

LtillllASHelp

irectory:

ReportFormat

CUekApplications^dsusbZfeparn.

Brow$e

TDSUSB2

oTewronwSpectfk：

・Rug-FestSpecific

•CSVFormat

G«n«rdtion

Reportfigname:

MJXH•咏rnm|

SeecitneReportFormalandPressGenetate

AulcmatJC

Msnual

Generate

Ready

图11生成HighSpeed信号质量测试报告

英中报告中截图如图12所示，苴信号质咼的测试数据全部都在报告中体现

了，每个测试项是否满足要求，都能在报告中找到答案。

ResultsbasedonUSBTF/WaiverLinits:

MensiuementName

MimnuimMaximiunMeanpk-pk

StandardDeviation

RMS

PopulationStatus

EyeDiagramTest

.・・・

-

-

-

Pass

SignalRate

475.0343Mbps486.7341Mbps479.9877Mbps0.0000bps

2.031543Mbps

480.1825Mbps

509

Pass

EOPWidth

・•16.52536ns

-

-

1

Pass

EOPWidth（Bits）

・・7.931970

-

-

1

Pass

FailingEdgeRate

860.5459V/us1.040339W//US959.1054V/us179.7928V/\js

44.3190SV/us

^□0.1193V/us

而—

Pass

RisingE^eRate

887.8400V/us1.073947k^/us33.9355V/us186.1072V/\js

41.27582V/us

9^4.7842V/us

108

Pass

AdditionalInfoi-nation:

CctweonWcJlxtcrrange;-27.Olpsto19.6TpgRVSJitter9.584ps

UPairedJitterrarge:

-18.4Ct）sto20.5（^>sBISJitter8.

JKPairedJitterrarise:

-21.8ft»sto55.52t»sMSJitter8.977ps

BlslngEdgeRate:

$93.$3557/us（LialvalcnxRiseTIdc=W3.$0ps）

Tallin®BfeeRote:

$5^.L064V/us®

.29ps）

图12HighSpeed信号质量测试报告的具体内容

2）USBFullSpeed信号质量测试方法

和HighSpeed信号质量测试不同的地方在于测试组网的方式不一样，具体的测试组网如图13所示。

有几个需要注意的地方是USB夹具需要5V供电，需要一个将夹具设置到Initial状态，Initial指示灯点亮。

在测试HostFullSpeed信号质量时，需要一个FullSpeed的从设备，该供设备需要是USB协会认证的设备。

在这里不在用差分探头了，需要用两个单端探头，注意D+,D・的对应连接的示波器通道。

图13FullSpeed信号质量测试组网示意图

测试组网连接好后，不用发送测试命令，示波器上就应该能抓到所需要的测试波

形，如图14所示。

图14FullSpeed信号质量测试波形

示波器苴他的测试和HighSpeed一样，不同的地方是测试项的选择，需要选择Full

Speed,其测试项还是选择SelectAIL

3）USBLowSpeed信号质虽:

测试方法

LowSpeed的测试组网方式和FullSpeed测试组网方式一样，不一样的地方是这次用的是LowSpeed从设备，可以使用鼠标等从设备。

测试时选择LowSpeed，测试

项选择SelectAIU示波器上就应该能抓到所需要的测试波形，如图15所示。

与FullSpeed测试方法不同的是，测试LowSpeed时需要使用Cross,具体的设置在

File菜单中，选择Preferences,会弹出一个设置窗口，在此窗口中需要将图中所示

的选项选中，选择后就可以用Cross来指示有效的LowSpeed信号，具体的设置方

法如图16所示。

图16LowSpeed信号质量测试设置方法

（2）Droop测试

这里的Droop测试就和电源中的USB插拔冲击电流和Drop测试内容是一致

的，但是我们通常通过直接插拔U盘来测试VBUS上的电压跌落情况，貝实这种测试方法是不正确的，因为根据USB2.0的标准泄义是当端口上有100mA的负载变化时，VBUS上的电压跌落要求小于330mV,这里为什么需要关注VBUS的电压跌落，主要担心USB端口负载的变化影响VBUS电源上苴他器件和USB端口的正常工作。

测试组网如下图所示，需要将测试夹具连接到被测端口，用USB端口给夹具

供电。

需要使用2个探头来来进行测试，一个探头用于Triger,点在负载端口上的

VBUS信号上，另一个探头点在总线的VBUS信号线上。

测试组网如图17所示。

具体的示波器设置，选择Analyze菜单>USB2.0TsetPackage>Measurements>

选择HighSpeed菜单中Droop测试项。

测试时，需要根据实际的应用进行Config设置，如图

18所示。

1）需要选择Port,对应测试夹具上实际使用的Port：

2）Hub菜单选择，一般我们测试的都是Host,所以选择BusPowered：

3）SelectSource选择，需要选择Live/Ref,英中的VBus需要对应上实际使用的探头对应的通道，Trigger选择点在被测端口的通道上。

设置完后，按下RUN,此时需要将测试夹具上的选择开关从无负载拨到有负载的情况，以便能让示波器抓到电压Droop信号。

图18Droop测试时示波器设置测试到的波形如图19所示，最后软件会测试到实际的电压Droop。

图19Droop测试波形

（3）Chirp测试

USB全速外设备和低速外设是通过在D+或D-数据线上上拉1.5K的电阻予以区别，D+上拉为全速外设，D-上拉为低速外设。

高速外设的识别则比较复杂，需要通过主机与高速外设握手才能识別。

本篇对髙速USB握手进行说明。

高速外设最初以全速外设的形式出现，即：

高速外设在插入USBHUB/HOST时D+数据线上拉1.5K的电阻：

髙速握手成功之后，外设与主机进入高速模式。

如果握手不成功，则返回全速模式：

在髙速握手过程中，USBHUB/HOST要判立与其相连的外设是否支持高速模式，外设也要判立USBHUB/HOST是否支持高速模式。

下而将具体说明髙速设备的握手过程，其整个过程如图20所示。

2）USBHUB/HOST检测到插入的外设为全速外设后，复位总线。

即：

向总线发送SE

0。

此SE0的持续时间不得小于2.5微秒。

本例的SE0持续时间为3.63微秒：

3）髙速外设检测到总线上SE0的持续时间不小于2.5微秒后，向总线发送ChirpK信

号。

此ChirpK信号的持续时间不小于1亳秒且不大于7亳秒。

本例的ChirpK信号持续时间为2亳秒；

4）高速外设发送ChirpK信号结束后，总线回复到SE0状态。

如果USBHUB/HOST支持

高速模式，则必须在ChirpK信号结束后100微秒内做出响应。

本例中USBHUB/HOST在ChirpK信号结朿后58.23微秒时做出了响应；

5）HUB/HOST在ChirpK信号结朿后100微秒内做出了响应，向总线发送连续的ChirpK

/J对，每个ChirpK信号或ChirpJ信号的宽度不小于40微秒且不大于60微秒（本例为50-60微秒之间），每2个相邻的ChirpK和ChirpJ信号之间的间隔不应大于2.5微秒。

6）高速外设在检测到连续的最少3对ChirpK/J对后，在500微秒内必须断开D+上的上

拉电阻，并连接D+和D-上对地的髙速端接电阻，完成高速握手，进入髙速传输模式。

在USB标准组织中，对EL_33,EL_34,EL_35这三个参数有要求，EL_33是指Chirp

ResponseTime,指髙速Device做出Chirp

K信号响应结朿后，至IJHOST做出响应的时间，标准要求小于100us：

EL_34是指Chirp-K&J

Duration,指HOST和Device连续发送每个ChirpK信号或ChirpJ信号的宽度，标准要求在

40us和60us之间；EL_35是指从HOST发送Chirp-

J/K结束到HOST发送SOF信号开始的时间，标准要求在lOOus和500us之

间。

目前TEK示波器软件只能测试EL_33,

EL_34这两个参数，EL_35需要手动测量。

实际用TEK示波器测试Chirp的结果如图

21所示。

Chirp-TestResultsinTekformat

Ocvioe?

bViSperdzHee*8.33且.34T^rgzDunmyO\Ue.

DatRFdMr3DM：

27:

29GMT2012

CWTestResult:

P--

6讣孜““"陀

Ti険<-iroaxCM5

bdrp■畑Dugs

的力323SS25D.4183X6

ooxcq^stoajxxraxs

图21USBChirp测试结果

4、结论、解决方案及效果

本文主要介绍了USB2.0作为HOST时的接口指标测试。

在实际测试的过程中，有三个地方需要关注：

1）在测试USB眼图时，要注意眼图模板的选择，不同的测试场景，模板都不一样；2）USB电压Droop测试，之前一直都是遍历已有编码的U盘和USB接口设备，但是也未能遍历市场上，形形色色的USB接口设备，其实USB标准组织是对USB设备的容性负载做了限制的，我们只需要用标准左义的负载去测试，就能保证我们设备的USB接口能对接标准的USB接口设备；3）之前在测试USB接口指标是，很少有人会关注Chirp测试项，该测试项在USB标准组织中也是需要测试，而且目前的TEK示波器并不能把所有的参数测试完全，需要自己手动去测量一个参数。

4、经验总结、预防措施和规范建议

在测试标准的接口指标时，我们一立要研究接口的规范及各种立义，需要了解行业在做这个接口认证时，需要测试哪些项，认证组织有测试的项，我们的设备也必须要测试，这样在去做认证时，心里才会有底气。

5、备注

参考文献：

（1）USB-IFUSB20ElectricalTestSpecO81OO5.pdf

（2）Host_HS_test_procedure_Rev14.pdf

（3）UniversalSerialBusSpecification.pdf