隨著主流市場即將演進到SuperSpeed USB，許多設計團隊正力圖加快設計認證。本文將為您提供專家建議參考，幫助您輕松完成這一過程。
盡管市場上已經出現了早期的USB 3.0產品，但主流市場轉向Super Speed USB 還有待時日。部分原因在于，USB 2.0接口無所不在，且生產成本低廉。高帶寬設備（如攝像機和存儲設備）已經率先演進到SuperSpeed USB。但就目前而言，基于成本因素考慮，USB3.0實施仍限于較高端的產品。
大規(guī)模部署任何新的行業(yè)標準（包括USB3.0）都存在內在挑戰(zhàn)。此外，USB2.0到USB 3.0并非簡單的跳躍，其性能提高了十倍之多。盡管性能得到大幅度提升，但消費者對低成本互連設備的預期并沒有改變。這就給工程師們帶來了明顯的壓力，需要在一個原本速度很低的信號通道上傳輸高速率信號，同時要在各種條件下保證可靠性、互操作能力和高性能。為保證物理層（PHY）一致性和認證，測試變得空前關鍵或重要。
USB 3.0擁有許多其它高速串行技術（如PCI Express和串行ATA）共有的特點：8b/10b編碼，明顯的通道衰減，擴頻時鐘。本文將介紹一致性測試方法及怎樣對發(fā)射機、接收機及線纜和互連進行最精確的、可重復的測量。在掌握了這些竅門之后，您便可以更有效地準備SuperSpeed PIL（Platform Integration Lab）之行了。
High Speed Vs. SuperSpeed
USB 3.0滿足了市場對于更高帶寬下實時體驗應用的需求。目前USB設備達數十億，因而USB 3.0也提供了向下兼容能力，支持傳統(tǒng)USB 2.0設備。然而，USB 2.0和3.0在物理層有多種差異 （表1）。
表1. USB 2.0 和 SuperSpeed USB物理層區(qū)別
SuperSpeed USB一致性測試已經有明顯變化，以適應更高速接口帶來的新挑戰(zhàn)。USB 2.0接收機驗證需要執(zhí)行接收機靈敏度測試。USB 2.0設備必須對150 mV及以上的測試包做出響應，并且忽略100 mV以下的信號。
SuperSpeed USB接收機必須面對更多的信號損傷，因此測試要求要比USB 2.0更加苛刻。設計人員還必須考慮傳輸線效應，在發(fā)射機中使用均衡技術（包括去加重），在接收機中使用連續(xù)時間線性均衡技術（CTLE）。此外，現在還要求在接收機上進行抖動容限測試，使用擴頻時鐘（SSC）和異步參考時鐘可能會導致互操作能力問題。
評估USB 3.0串行數據鏈路另一個重要部分是被測波形與互連通道的聯系非常復雜。不能再認為只要發(fā)射機輸出滿足了眼圖模板，電路就一定能在傳輸損耗滿足要求的通道中正常工作。想了解發(fā)射機余量一定時的最差的傳輸通道，您需要在一致性測試要求以外建立通道和線纜組合模型，使用通道建模軟件，分析通道效應 （圖1）。
圖1. 軟件工具，可以針對參考測試通道分析USB 3.0 通道效應。
隨著主流市場即將演進到SuperSpeed USB，許多設計團隊正力圖加快設計認證。本文將為您提供專家建議參考，幫助您輕松完成這一過程。
盡管市場上已經出現了早期的USB 3.0產品，但主流市場轉向Super Speed USB 還有待時日。部分原因在于，USB 2.0接口無所不在，且生產成本低廉。高帶寬設備（如攝像機和存儲設備）已經率先演進到SuperSpeed USB。但就目前而言，基于成本因素考慮，USB3.0實施仍限于較高端的產品。
大規(guī)模部署任何新的行業(yè)標準（包括USB3.0）都存在內在挑戰(zhàn)。此外，USB2.0到USB 3.0并非簡單的跳躍，其性能提高了十倍之多。盡管性能得到大幅度提升，但消費者對低成本互連設備的預期并沒有改變。這就給工程師們帶來了明顯的壓力，需要在一個原本速度很低的信號通道上傳輸高速率信號，同時要在各種條件下保證可靠性、互操作能力和高性能。為保證物理層（PHY）一致性和認證，測試變得空前關鍵或重要。
USB 3.0擁有許多其它高速串行技術（如PCI Express和串行ATA）共有的特點：8b/10b編碼，明顯的通道衰減，擴頻時鐘。本文將介紹一致性測試方法及怎樣對發(fā)射機、接收機及線纜和互連進行最精確的、可重復的測量。在掌握了這些竅門之后，您便可以更有效地準備SuperSpeed PIL（Platform Integration Lab）之行了。
High Speed Vs. SuperSpeed
USB 3.0滿足了市場對于更高帶寬下實時體驗應用的需求。目前USB設備達數十億，因而USB 3.0也提供了向下兼容能力，支持傳統(tǒng)USB 2.0設備。然而，USB 2.0和3.0在物理層有多種差異 （表1）。
表1. USB 2.0 和 SuperSpeed USB物理層區(qū)別
SuperSpeed USB一致性測試已經有明顯變化，以適應更高速接口帶來的新挑戰(zhàn)。USB 2.0接收機驗證需要執(zhí)行接收機靈敏度測試。USB 2.0設備必須對150 mV及以上的測試包做出響應，并且忽略100 mV以下的信號。
SuperSpeed USB接收機必須面對更多的信號損傷，因此測試要求要比USB 2.0更加苛刻。設計人員還必須考慮傳輸線效應，在發(fā)射機中使用均衡技術（包括去加重），在接收機中使用連續(xù)時間線性均衡技術（CTLE）。此外，現在還要求在接收機上進行抖動容限測試，使用擴頻時鐘（SSC）和異步參考時鐘可能會導致互操作能力問題。
評估USB 3.0串行數據鏈路另一個重要部分是被測波形與互連通道的聯系非常復雜。不能再認為只要發(fā)射機輸出滿足了眼圖模板，電路就一定能在傳輸損耗滿足要求的通道中正常工作。想了解發(fā)射機余量一定時的最差的傳輸通道，您需要在一致性測試要求以外建立通道和線纜組合模型，使用通道建模軟件，分析通道效應 （圖1）。
圖1. 軟件工具，可以針對參考測試通道分析USB 3.0 通道效應。
發(fā)射機一致性測試
通過使用各種測試碼型以幫助進行發(fā)射機測試 （表2）。每種碼型都是根據與評估碼型的測試有關的特點而選擇的。CP0（一種D0.0加擾序列）用來測量確定性抖動（Dj），如數據相關抖動（DDJ）。CP1（一種未加擾D10.2全速率時鐘碼型）不生成DDJ，因此更適合評估隨機性抖動（RJ）。
表2. SuperSpeed USB 發(fā)送端一致性測試碼型
抖動和眼高的測量是通過對100萬個連續(xù)比特（UI）進行分析而得到，需要使用均衡器功能和適當的時鐘恢復設置（二階鎖相環(huán)、或稱為PLL，10 Mhz環(huán)路帶寬，0.707的阻尼系數）。通過分析被測數據樣本，可以外推出10-12誤碼率（BER）下的抖動值。例如，通過外推算法，把測得的RJ （rms）乘以14.069，可以得到10-12誤碼率下RJ（PK-PK）。
圖2. 標準化發(fā)射機一致性測試設置，包括參考測試通道和線纜。測試點2 （TP2）距被測器件（DUT）最近，測試點1 （TP1）是遠端測量點。
在TP1采集信號后，可以使用SigTest軟件處理數據，這與PCI Express官方的一致性測試方法類似。對需要預測試一致性、檢定或調試的應用，希望可以進一步了解電路在各種條件或參數下的特點。裝有USB 3.0分析軟件的高帶寬示波器提供了Normative和Informative方式的物理層發(fā)射端自動測量。省掉了手動配置的步驟，大大節(jié)約了測量時間。
在測試完成后，詳細的Pass/Fail測試報告標記出哪里可能發(fā)生設計問題。如果在不同測試地點（如公司實驗室、測試中心）結果不一致，可以使用之前測試時保存的波形數據重新分析（離線測量）。
如果要求更多的分析，可以使用抖動分析和眼圖分析軟件，調試和檢定電路。例如，可以一次顯示多個眼圖，允許工程師分析不同時鐘恢復設置或軟件通道模型的影響。此外，可以使用不同的濾波器，分析SSC的影響，解決系統(tǒng)互操作能力問題。
均衡考慮因素
由于明顯的通道衰減，SuperSpeed USB要求某種形式的補償，張開接收機上的眼圖。發(fā)射機上采用均衡技術，其采用去加重的形式。規(guī)定的標稱去加重比是3.5 dB，用線性單位表示為1.5倍。例如，在跳變比特電平為150 mVp-p時，非跳變比特電平為100 mVp-p。
CTLE標準均衡實現方案包括片內技術、有源接收機均衡或無源高頻濾波器，如線纜均衡器上使用的濾波器。這一模型特別適合一致性測試，因為它非常簡便地描述了傳輸函數。CTLE通過頻域中的一系列極點和零點，在特定頻率上達到峰值（Peak）。
CTLE實現方案的設計要比其它技術簡單，能耗要低于其它技術。然而，在某些情況下，由于適應性、精度和噪聲放大方面的限制，僅僅使用CTLE實現方案可能是不夠的。其它技術包括前向反饋均衡（FFE）和判定反饋均衡（DFE），通過對數據樣點加權一些補償系數來補償通道損耗。
CTLE和FFE是線性均衡器。因此，這兩種技術都會提升高頻噪聲，而產生信噪比劣化。但是，DFE在反饋環(huán)路中使用非線性元器件，使噪聲的放大達到最小，補償碼間干擾（ISI）。圖3示例了一個經過傳輸通道明顯衰減的5Gbps 信號，和使用去加重、CLTE和DFE均衡技術處理之后的信號。
圖3. 去加重（藍色）、長通道（白色）、CTLE （紅色）和三階DFE （灰色）對5-Gbit/s信號（黃色）產生的不同效果。