USB 3.0接收端測(cè)試
USB 3.0接收端測(cè)試類(lèi)似于其它高速串行總線接收端的一致性測(cè)試，一般分為三個(gè)階段，開(kāi)始是受壓眼圖校準(zhǔn)，然后是抖動(dòng)容限測(cè)試，最后是分析。下面讓我們看看這個(gè)過(guò)程的流程圖（圖4）。
受壓眼圖校準(zhǔn)使用最糟糕信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通常在垂直方向（通過(guò)增加的抖動(dòng)）和水平方向（通過(guò)將幅度設(shè)置為接收端在部署時(shí)能看到的最低值）都有損傷。當(dāng)任何測(cè)試夾具、電纜或儀器發(fā)生改變時(shí)都必須執(zhí)行受壓眼圖校準(zhǔn)。
抖動(dòng)容限測(cè)試將校準(zhǔn)后的受壓眼圖用作輸入，然后施加更高頻率帶來(lái)的附加正弦抖動(dòng)（SJ）。這種SJ將作用于接收端內(nèi)的時(shí)鐘恢復(fù)電路，因此不僅使用最差信號(hào)條件測(cè)試了接收端，而且時(shí)鐘恢復(fù)也得到了明確的測(cè)試。最后，通過(guò)分析評(píng)估測(cè)試完成后是否需要執(zhí)行額外的設(shè)計(jì)任務(wù)才能達(dá)到一致性。
受壓眼圖校準(zhǔn)過(guò)程首先要用一致性?shī)A具、電纜和通道設(shè)置好測(cè)試設(shè)備（圖5）。下一步是反復(fù)測(cè)量和調(diào)整各種類(lèi)型的外加應(yīng)力，如抖動(dòng)。校準(zhǔn)步驟執(zhí)行時(shí)不需要DUT，但需要一致性測(cè)試夾具、通道以及測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生的特定數(shù)據(jù)圖案。測(cè)試儀器應(yīng)能執(zhí)行兩種功能——能夠增加各種應(yīng)力的圖案發(fā)生功能，以及抖動(dòng)和眼圖測(cè)量等信號(hào)分析功能。
校準(zhǔn)受壓眼圖時(shí)必須完成三種損傷校準(zhǔn)：RJ、SJ和眼圖高度。每種校準(zhǔn)都要求對(duì)圖案發(fā)生器和分析儀進(jìn)行特定的設(shè)置。對(duì)每組電纜、適配器和儀器也必須做一次受壓眼圖校準(zhǔn)。
由于使用不同的適配器和參考通道組，主機(jī)和設(shè)備將經(jīng)過(guò)不同的受壓眼圖校準(zhǔn)過(guò)程。一旦完成后，校準(zhǔn)眼圖的設(shè)置可以重復(fù)使用，只有當(dāng)設(shè)備設(shè)置發(fā)生改變時(shí)才必須做再次校準(zhǔn)。
額外的圖案發(fā)生器要求
前面已經(jīng)介紹了要求校準(zhǔn)的全部事項(xiàng)，下面讓我們?cè)倏纯疵坎叫?zhǔn)對(duì)圖案發(fā)生器的附加要求，包括使用的數(shù)據(jù)圖案、去加重程度、SSC是否應(yīng)激活等。在受壓眼圖校準(zhǔn)方案中，列出了兩種圖案，即CP0和CP1。表3列出了所有的USB 3.0一致性圖案供參考。
CP0是一種8b/10b編碼、PRBS-16數(shù)據(jù)圖案（將D0.0字符送到USB 3.0發(fā)送端中進(jìn)行擾碼和編碼的結(jié)果）。經(jīng)過(guò)8b/10b編碼后，最長(zhǎng)的連1或連0長(zhǎng)度從PRBS-16圖案中的16比特減少到了5個(gè)比特。CP3是類(lèi)似于8b/10b編碼過(guò)的PRBS-16的圖案，其中包含最短（單個(gè)比特）和最長(zhǎng)的相同比特序列。
USB 3.0接收端測(cè)試
USB 3.0接收端測(cè)試類(lèi)似于其它高速串行總線接收端的一致性測(cè)試，一般分為三個(gè)階段，開(kāi)始是受壓眼圖校準(zhǔn)，然后是抖動(dòng)容限測(cè)試，最后是分析。下面讓我們看看這個(gè)過(guò)程的流程圖（圖4）。
受壓眼圖校準(zhǔn)使用最糟糕信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通常在垂直方向（通過(guò)增加的抖動(dòng)）和水平方向（通過(guò)將幅度設(shè)置為接收端在部署時(shí)能看到的最低值）都有損傷。當(dāng)任何測(cè)試夾具、電纜或儀器發(fā)生改變時(shí)都必須執(zhí)行受壓眼圖校準(zhǔn)。
抖動(dòng)容限測(cè)試將校準(zhǔn)后的受壓眼圖用作輸入，然后施加更高頻率帶來(lái)的附加正弦抖動(dòng)（SJ）。這種SJ將作用于接收端內(nèi)的時(shí)鐘恢復(fù)電路，因此不僅使用最差信號(hào)條件測(cè)試了接收端，而且時(shí)鐘恢復(fù)也得到了明確的測(cè)試。最后，通過(guò)分析評(píng)估測(cè)試完成后是否需要執(zhí)行額外的設(shè)計(jì)任務(wù)才能達(dá)到一致性。
受壓眼圖校準(zhǔn)過(guò)程首先要用一致性?shī)A具、電纜和通道設(shè)置好測(cè)試設(shè)備（圖5）。下一步是反復(fù)測(cè)量和調(diào)整各種類(lèi)型的外加應(yīng)力，如抖動(dòng)。校準(zhǔn)步驟執(zhí)行時(shí)不需要DUT，但需要一致性測(cè)試夾具、通道以及測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生的特定數(shù)據(jù)圖案。測(cè)試儀器應(yīng)能執(zhí)行兩種功能——能夠增加各種應(yīng)力的圖案發(fā)生功能，以及抖動(dòng)和眼圖測(cè)量等信號(hào)分析功能。
校準(zhǔn)受壓眼圖時(shí)必須完成三種損傷校準(zhǔn)：RJ、SJ和眼圖高度。每種校準(zhǔn)都要求對(duì)圖案發(fā)生器和分析儀進(jìn)行特定的設(shè)置。對(duì)每組電纜、適配器和儀器也必須做一次受壓眼圖校準(zhǔn)。
由于使用不同的適配器和參考通道組，主機(jī)和設(shè)備將經(jīng)過(guò)不同的受壓眼圖校準(zhǔn)過(guò)程。一旦完成后，校準(zhǔn)眼圖的設(shè)置可以重復(fù)使用，只有當(dāng)設(shè)備設(shè)置發(fā)生改變時(shí)才必須做再次校準(zhǔn)。
額外的圖案發(fā)生器要求
前面已經(jīng)介紹了要求校準(zhǔn)的全部事項(xiàng)，下面讓我們?cè)倏纯疵坎叫?zhǔn)對(duì)圖案發(fā)生器的附加要求，包括使用的數(shù)據(jù)圖案、去加重程度、SSC是否應(yīng)激活等。在受壓眼圖校準(zhǔn)方案中，列出了兩種圖案，即CP0和CP1。表3列出了所有的USB 3.0一致性圖案供參考。
CP0是一種8b/10b編碼、PRBS-16數(shù)據(jù)圖案（將D0.0字符送到USB 3.0發(fā)送端中進(jìn)行擾碼和編碼的結(jié)果）。經(jīng)過(guò)8b/10b編碼后，最長(zhǎng)的連1或連0長(zhǎng)度從PRBS-16圖案中的16比特減少到了5個(gè)比特。CP3是類(lèi)似于8b/10b編碼過(guò)的PRBS-16的圖案，其中包含最短（單個(gè)比特）和最長(zhǎng)的相同比特序列。
CP1是用于RJ校準(zhǔn)的時(shí)鐘圖案。許多儀器在RJ測(cè)量時(shí)采用dual-Dirac隨機(jī)與確定性抖動(dòng)分離方法。使用時(shí)鐘圖案可以避免dual-Dirac方法的一些缺陷，例如將DDJ報(bào)告為RJ，特別是針對(duì)長(zhǎng)圖案。通過(guò)使用時(shí)鐘圖案，作為ISI結(jié)果的DDJ將從抖動(dòng)測(cè)量中消除，從而形成更精確的RJ測(cè)量結(jié)果。
在圖案發(fā)生器和分析儀之間的有損通道（即USB 3.0參考通道和電纜）將導(dǎo)致垂直和水平方向表現(xiàn)為眼圖關(guān)閉的頻率相關(guān)損耗（圖6）。為了解決這種損耗問(wèn)題，需要使用發(fā)送端去加重技術(shù)提升信號(hào)中的高頻分量，從而使BER為10-12或更高的工作鏈路有足夠好的接收眼圖。
從這些眼圖可以看出，沒(méi)有去加重時(shí)所有幅度名義上都是相同的。采用去加重后，跳變沿比特的幅度要高于非跳變沿比特的幅度，從而有效提升了信號(hào)的高頻分量。
在通過(guò)有損通道和電纜后，沒(méi)有經(jīng)過(guò)去加重處理的信號(hào)將受到碼間干擾（ISI）的影響，眼圖開(kāi)度要比經(jīng)過(guò)了去加重的信號(hào)小。同時(shí)，采用去加重的信號(hào)是全開(kāi)的。從這里可以看出，去加重程度會(huì)影響ISI和DDJ的程度，進(jìn)而影響接收端的眼圖開(kāi)度。
在同步數(shù)字系統(tǒng)（包括USB 3.0）中經(jīng)常使用SSC來(lái)減小電磁干擾（EMI）。如果不使用SSC，數(shù)字流頻譜中的載頻（即5Gbps）及其諧波處會(huì)出現(xiàn)大幅度的尖峰，并且有可能超過(guò)調(diào)整極限（圖7）。
為了防止出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，可以用SSC擴(kuò)展頻譜能量。在這個(gè)案例中載頻被一個(gè)三角波所調(diào)制。用于接收端測(cè)試的頻率“擴(kuò)展”量是5000ppm或25MHz，頻率調(diào)制周期為33kHz或每隔30μs，即三角波的一個(gè)周期。經(jīng)過(guò)SSC后，頻譜中的能量得到了擴(kuò)展，不會(huì)再有單個(gè)頻率破壞規(guī)范極限。
如前所述，USB 3.0中的接收側(cè)均衡可以改善被碼間干擾損傷的信號(hào)，這種碼間干擾是由于參考通道和電纜中的頻率相關(guān)損耗引起的。這種概念等同于去加重——通過(guò)信號(hào)處理方法提升信號(hào)中的高頻分量。
雖然設(shè)備或主機(jī)中的接收端均衡電路與具體實(shí)現(xiàn)有關(guān)，但USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)為一致性測(cè)試規(guī)定了CTLE（圖8）。這種CTLE必須在進(jìn)行一致性測(cè)試測(cè)量（都是針對(duì)發(fā)送端測(cè)試，在本例中是接收端受壓眼圖校準(zhǔn)）之前，由誤碼率測(cè)試儀（BERT）或示波器等參考接收端實(shí)現(xiàn)，并且通常采用軟件模擬的方式。
使用CTLE模擬進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)量主要影響由信號(hào)處理方法引起的抖動(dòng)，即ISI。CTLE模擬不影響與數(shù)據(jù)圖案（如RJ和SJ）不相關(guān)的抖動(dòng)分量，雖然根據(jù)一致性測(cè)試規(guī)范（CTS）這兩種測(cè)量都要求使用CTLE。另一方面，眼圖高度會(huì)直接受到影響，因?yàn)镮SI影響測(cè)量。
抖動(dòng)測(cè)量時(shí)必須使用具有一致性抖動(dòng)轉(zhuǎn)移函數(shù)（JTF）的時(shí)鐘恢復(fù)“黃金PLL”，如圖9中的藍(lán)線所示。JTF表明了有多少抖動(dòng)從輸入信號(hào)轉(zhuǎn)移到下游分析儀。在本例中，-3dB截止頻率是4.9MHz。
在更低的SJ頻率（沿著JTF的傾斜部分，此處的PLL環(huán)路響應(yīng)是平坦的），恢復(fù)時(shí)鐘跟蹤數(shù)據(jù)信號(hào)上的抖動(dòng)。這樣，相對(duì)于時(shí)鐘的數(shù)據(jù)抖動(dòng)將按照J(rèn)FT得到衰減。在較高的SJ頻率點(diǎn)，JTF變平，PLL響應(yīng)向下傾斜，信號(hào)中的SJ部分被轉(zhuǎn)移到下游分析儀。除了受壓眼圖校準(zhǔn)期間的SJ外，所有測(cè)量都規(guī)定要使用一致性JTF。
一旦受壓眼圖完成校準(zhǔn)，接收端測(cè)試就可以開(kāi)始了。USB 3.0與以前的USB 2.0不同，要求進(jìn)行BER測(cè)試。采用抖動(dòng)容限測(cè)試形式的BER測(cè)試僅是接收端測(cè)試要求的測(cè)試項(xiàng)目。抖動(dòng)容限測(cè)試使用最差輸入信號(hào)條件試驗(yàn)接收端（受壓眼圖的校準(zhǔn)見(jiàn)前面部分）。在受壓眼圖頂部，圍繞JTF的-3dB截止頻率且覆蓋一定頻率范圍的一系列SJ頻率和幅度被注入測(cè)試信號(hào)，同時(shí)由誤碼檢測(cè)器監(jiān)視接收端的錯(cuò)誤或比特誤碼，并計(jì)算BER。
本文小結(jié)
隨著USB 3.0開(kāi)始走向主流，需要對(duì)發(fā)送端和接收端進(jìn)行成功的一致性和認(rèn)證測(cè)試，這是將新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的關(guān)鍵。這些產(chǎn)品不僅要求能與其它USB 3.0設(shè)備一起工作，而且要滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)各種條件下的性能和可靠性的期望值。
性能的急劇提高帶來(lái)了許多新的測(cè)試要求，也使得設(shè)計(jì)和認(rèn)證比前代標(biāo)準(zhǔn)更具挑戰(zhàn)性。幸運(yùn)的是，有一整套測(cè)試工具和資源可以用來(lái)協(xié)助SuperSpeed USB商標(biāo)認(rèn)證。