广西数字信号USB测试

USB3.0、USB3.1、USB3.2、USB4.0每一代的数据速率都有非 常大的提升。需要注意的是，在USB3.1规范推出后，之前USB3.0中定义的5Gbps速被称为Genl速率，新定义的10Gbps被称为Gen2速率。而在2019年发布的USB4.0规范中，新增的20Gbps速率被称为Gen3速率。

USB3.0和之后的标准都采用了双总线架构(图3.1),即在USB2.0的基础上增加了超高速总线部分。超高速总线的信号速率达到5Gbps、10Gbps甚至20Gbps,采用全双工方式工作。以PC上普遍使用的Type-A连接器为例，为了支持更高速率的信号传输，就在原有USB2.0的4根线(Vbus、Gnd、D+、D-)基础上新增加了5根信号线，包括2对差分线和1根屏蔽地线(如果是Type-C连接器则增加更多)。原来的4根线完全兼容原来的USB2.0设备；新增的这两对差分线采用全双工作模式，一对线负责发送，另一对线负责接收，发送和接收都可实现5Gbps或以上速率的数据传输。

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性能特点USB2.0USB3.0USB3.1USB3.2USB4.0

发布时间2000年2008年2013年2017年2019年

比较高接口速率480Mbps5Gbps(Genl)10Gbps速率(Gen2)20Gbps(Gen2x2)40Gbps(Gen3x2)

连接器Type-A/B/CType-A/B/CType-A/B/CType-CType-CRetimer(中继器)无定义无定义无定义支持支持2级

编码方式无8b/10b128b/132b128b/132b128b/132b

典型电缆长度5m3mlm1m有源电缆1m,0.8m,有源电缆发送端预加重无2阶预加重3阶预加重3阶预加重3阶(16种预设值)

接收端均衡方式无CTLE(2种强度)CTLE(7种强度)+DFECTLE(7种强度)+DFECTLE(10种强度)+DFE

克劳德高速数字信号测试实验室

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由于数据速率提升，能够支持的电缆长度也会缩短。比如USB2.0电缆长度能够达到5m,USB3.0接口支持的电缆长度在5Gbps速率下可以达到3m,USB3.1在10Gbps速率下如果不采用特殊的有源电缆技术只能达到1m。USB4.0标准中通过提升芯片性能，在10Gbps速率下可以支持2m的电缆传输，而在20Gbps速率下也能支持0.8m的无源电缆。随着新的更高速率接口的产生，原有的USB连接器技术也在不断改进。图3.2是一些类型的USB2.0和USB3.0连接器类型。其中，Type-C是随着USB3.x标准推出的新型高性能连接器，也可以向下兼容提供USB2.0的连接。

对于不同类型连接器的主机、设备、电缆来说，其传输通道损耗的要求也不一样。图3.3 是USB3. 1标准中各种速率和接口类型组合对于链路损耗的要求(损耗值对应的是Nyquist 频点，即信号数据速率的1/2频率处),在具体电路设计和测试中可以参考。

从 2015 年到现在，是德科技基于磷化铟 (InP) 工艺的 Infiniium 系 列高带宽示波器，  凭借其优异的低噪声、低抖动底噪等硬件性能 和的尾部拟合”Tail-fit”抖动分离算法等软件，一直是被 Intel 和Thunderbolt 认证实验室认可和批准使用的高带宽示波器。

进入到 USB4.0 时代，大家如果仔细通读每一个版本的测试规范， 都可以发现，所以的仪表截屏、设定和算法，采用的都是德科技 高带宽示波器。

2019 年，是德科技基于第二代磷化铟(InP 工艺，推出了 110GHz 带宽， 256GSa/s 采样率，硬件 10bit ADC，25fs 抖动底噪的 UXR 系列示波器， 将高速信号量测精度推到了另外一个高度。如下所示，  是是德科 技 UXR 示波器和已是业内的是德科技 V 系列示波器，测试同 一个 USB4.0 信号的测试结果比较，  UXR 示波器提供了更优的信号 测试余量。 USB2.0信号质量测试中的测试模式设置？

另外，由于5Gbps或10Gbps的信号经过长电缆和PCB传输以后有可能眼图就无法张开了，所以在芯片接收端内部会提供CTLE(连续时间线性均衡)功能以补偿高频损耗，因此测试时示波器的测试软件也要能支持CTLE才能模拟出接收端对信号均衡以后的真实的结果。图3.6是在USB3.2的规范中，分别对于Genl的5Gbps信号和Gen2的10Gbps信号CTLE的均衡器的定义。

以下是USB3.x的信号测试方法相对于USB2.0的区别：

(1)示波器的测试点在一致性电缆(compliancecable)和一致性电路板(complianceboard)之后。而以前的测试是在发送端的连接器处(如USB2.0)。

(2)后处理需要使用CTLE均衡器，在均衡器后观察和分析眼图及其参数。

(3)需要连续测量1M个UI(比特间隔)。

(4)需要计算基于1.0×10-12误码率的DJ、RJ和TJ。 USB2.0外设的高速信号质量测试项目的连接；北京USB测试

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