RIGOL USB3.0测试方案

引言

USB3.0是一种USB规范，该规范由英特尔等公司发起。现已被USBIF更新至USB3.2gen1。USB2.0已经得到了PC厂商普遍认可，接口更成为了硬件厂商的必备接口。USB2.0的**传输带宽为480Mbps（即60MB/s），而USB3.0的**传输带宽高达5.0Gbps（500MB/s）。

图1.1USB发展历史

USB3.0

USB3.0也被认为是SuperSpeedUSB为那些与PC或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。计算机内只有安装USB3.0相关的硬件设备后才可以使用USB3.0相关的功能。

从键盘到高吞吐量磁盘驱动器，各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接，用户基本不用花太多心思在上面。新的USB3.0在保持与USB2.0的兼容性的同时，还提供了下面的几项增强功能：

• 极大提高了带宽——高达5Gbps全双工（USB2.0则为480Mbps半双工）。

• 实现了更好的电源管理。

• 能够使主机为器件提供更多的功率，从而实现USB——充电电池、LED照明和迷你风扇等应用。

• 能够使主机更快地识别器件。

• 新的协议使得数据处理的效率更高。

USB3.0可以在存储器件所限定的存储速率下传输大容量文件（如HD电影）。例如，一个采用USB3.0的闪存驱动器可以在15秒钟将1GB的数据转移到一个主机，而USB2.0则需要43秒。

受到消费类电子器件不断增加地分辨率和存储性能需求的推动，希望通过宽带互联网连接能够实现更宽的媒体应用，因此，用户需要更快速的传输性能，以简化下载、存储以及对于多媒体的大量内容的共享。USB3.0在为消费者提供其所需的简易连接性方面起到了至关重要的作用。

图2.1USB3.0接口引脚定义

测试挑战

在进行USB3.0一致性测试时，有以下几个方面的挑战：

【解决方案】RIGOLUSB3.0一致性测试方案主要以下软硬件构成：

DS80000测试示波器；DG70000为测试提供触发信号；上位机软件RigolCTS；夹具USB3.1DEVICEFIXTURE1C；夹具USB3.1COMPLIANCELOADBOARD；电源DP2000为测试夹具进行供电；测试线缆若干。

图4.1RIGOLUSB3.0一致性测试方案硬件1

图4.2RIGOLUSB3.0一致性测试方案硬件2

图4.3RIGOLUSB3.0一致性测试方案硬件3

图4.4RIGOLUSB3.0一致性测试方案硬件4

测试连接图如下：首先将两块夹具DeviecFIXTURE1C（图3左）和COMPLIANCELOADBOARD（图3右）通过线缆连接到一起。将DUT接到DeviecFIXTURE1C的测试端口上面。同时需要对夹具DeviecFIXTURE1C进行5V/0.35A的稳定供电。通过线缆连接DG70000的通道一的DC+和DC-到夹具COMPLIANCELOADBOARD上的±TX1。最后将夹具DeviecFIXTURE1C上面的±TX1分别通过线缆引入示波器DS81304的CH1与CH2。

图4.5USB3.0测试链接示意图和实测链接图1

图4.6USB3.0测试链接示意图和实测链接图2

图4.7USB3.0测试链接示意图和实测链接图3

图4.8USB3.0测试链接示意图和实测链接图4

RIGOLUSB3.0一致性测试方案有以下特点：

采集设备高速、稳定方案中采用DS80000系列数字示波器作为采集单元，该示波器是RIGOL自主研发的第八代数字示波器，基于StationMAXII代平台，实现了最高40GSa/s实时采样率、13GHz模拟带宽。除硬件指标的提升，DS80000系列数字示波器还提供了多种人性化设计。确保用户USB3.0测试的速度要求之余，还保证了测试效率。

图4.9USB3.0实际测试图片

稳定，纯净的电源系统在测试中使用DP2000线性可编程直流电源为测试夹具提供低噪声、低纹波的高纯净度电压信号。排除了电源干扰造成的测量误差。且D2000具有多重保护功能，可以有效防止误触动，误操作等对昂贵的测试电路造成物理损害。

图4.10DP2000提供uA级精准电流

USB3.0自动化测试分析软件RIGOL专门为USB3.0测试开发了PC端自动测试软件，可以高效率对USB3.0进行物理层一致性测试，PC端上位机不仅可以直接连接示波器进行自动化测试，也可以让工程师在本地保存数据进行离线分析，最终给出完整的测试报告。

对于LPFS信号测试包括：脉冲串突发时间、脉冲串重复时间、时钟周期、脉冲上升时间、脉冲下降时间、占空比、AC共模电压、差分峰峰值。对于5G信号测量包括：眼图、抖动、确定性抖动、随机性抖动、最小扩频时钟偏移、最大扩频时钟偏移、扩频时钟调制、扩频时钟转换率、单位区间。

图4.11USB3.0软件界面

在测试过程中我需要分别测试LFPS信号、CP0信号以及CP1信号，并将测试信号保存到示波器当中。因此在测试中我们需要按照上位机软件上面指示，分别测试LFPS信号、CP0信号以及CP1信号。并且需要再将信号完整保存到示波器之后切换测试模式继续测试。再将所有信号测试完成以及保存之后再进入分析模式。

测试报告在全部信号测试完成之后，我们需要在软件上面进入到本地解析模式，3.0上位机软件会将示波器保存的波形自动读取到PC端。之后会调用SigTest.exe解析选择的文件，同时程序解析生成的文件形成USB测试项数据，并输出完整USB3.0测试报告。

图4.12USB3.0一致性测试报告表头

报告**部分为测试时间，被测物等基本测试参数，此处各位工程师可以根据实际情况自行设置修改。

图4.13USB3.0一致性测试LFPS信号测试项

图4.14USB3.0一致性测试5G信号测试项

报告第二部分测试摘要，在此可以看到USB3.0测试所有测试项目，并且可以观看到测试是否正常，可以帮助工程师更好的判断测试结果。

图4.15USB3.0一致性测试报告

报告的第三部分为各测试项目具体测试结果包括脉冲串突发时间、脉冲串重复时间、时钟周期以及眼图等完整USB3.0测试项目，工程师可以看到各项测试的具体结果方便观察。通过USB3.0一致性测试报告工程师可以快速精确判断被测产品是否符合USB3.0标准。

总结

USB3.0接口具备更高传输速度，支持热插拔以及多个设备连接的特点，能够满足用户对于简便易用的需求，已成为多数外部设备制造商的最终选择。但是这种快速提升的标准和兼容能力也给设备设计人员带来了必须解决的新型设计挑战。

RIGOL致力于为工程师们不断提供完善的解决方案，RIGOL提供了一套完善的工具，包括数字示波器、专业的测试夹具以及全自动一致性测试软件，使得USB3.0设备设计人员能够高效精确地进行信号捕捉、测试与分析。

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