测试指导类-USB接口指标测试指导书

1、USB接口指标测试指导书最小部门：(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部评审记录：主审人评审专家所属产品：来源：关键词：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的接口，而且我们产品都是作为HOST端，一共提供3种速率，如下表。数据速率上升时间LowSpeed75300nsFullSpeed12Mbps420nsHighSpeed480Mbps500ps当我们的设备是作为HOST端是，数据方向是DownStream，其关注的指标有:1、信号质量眼图测试(Eye-Diagramte

2、sting)信号速率(SignalRate)包结尾宽度(EndofPacketWidth)JK抖动(JKjitter)KJ抖动(KJjitter)连续抖动(Consecutivejitter)单调性测试(Monotonictest(forHS)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。O

3、OQO(F52阳)DifferentialProbeHOSTsqrn-HOSTTDRTestFixtureTektronixOscilloscopewithApplicationWinningHotifcconiiecOLlE?持測理图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端口能够发送出测试码流,“叩叩町IIniNiildkillLLmlrosusn?SmnulOubMyCheck&two04阴TlpfkvnPCI-H.D3tCupmrrivluriinfrkalic|D*g.IRif-didy哼!|1匕i3ifeafjnbmnt(0

4、-LBJSrHSjndCAAfiguft.CiMipvriIhrMshCurrentdvgHJilRjl-fcElie戦旧mnrlEiReguttsUtiMwsifcjeJpdJHantZAcqI6gRi：)g匚也讯邑抽jjliliwIMP具体的码流波形如图2所示。图2HighSpeed信号质量测试波形c)运行示波器上的USB测试软件，在Analyze菜单中选择Test启动后的界面如图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。在这个界面上还有一个选项Config,该选项是

5、用来初始化MonotonicProperty,选择后的界面如图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Check。图3TEKUSB测试软件图4HighSpeed信号质量测试初始化界面d）选择眼图的模板。在USB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据方向和测试点的选择有关。协议中定义个测试点的选择及对应的模板选择。如图5和图6所示。图5标准中的测试模型TcmphteI:TruntmitwaveformrequiremeiitE；forhubmeasuredutTP工andfordevicefwithoutacaptivecable)measuredjtTP

6、3Tempi3T2:Transmitwaveformrequirementsfbrdciicc(withacaptivecablemeasuredacTP2lcmplalt3:Receive5；cnsiLivityrequirdnenhhrdoice(wiLtiacaptivecable)vhcnjiignalinapplied皿TP2Tiftnpld4；RecoverseiisiLiviiyrequirenierKsIbrdevice(withuiilncupiivecable)whensignalisappliedmTPS*andforhubwhensignalisappliedatLP2

7、Templateji5lukI6arerecommendedguidelines;thrdeKignei养：Template5：TransmitwaveibnmrequiremetitsforhubiTansceivertneagiiredalTPIhandIbrdeviceiranscaivermrdSLircd;ilTP4Tempisjfe*：ReceiversenskmtyrequirementsfbrdivicetransceiverwhensignalisappliedatTP4,andforhubtransceiveratwhensignalisappliedatTP1图6标准中关

8、于模板选择的描述不同的模板对应的眼高和眼宽要求不一样，如果我们的设备是作为HOST端，数据流向是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其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，对外宣称只支持的设备那如果我们在设备的出端口测试，模板就选择Template2，其对应在示波器上应该选择DownStream+FarEndo其Templat

9、e1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TP2Template1DownStream+NearEndTP3Template2DownStream+FarEndTcflnpliiicJFigure7-1,ihcirkrviniiirequirmenKfijrnhubrwi沖睥dmTHi,nn)lfornd斛ic*4iihiXKJ件fWb耳谕kbm怦刊说diTP*VoltageLevel(D*)Time!(%dFUnitInEerval)LM1525mWinLHfalowing3tni

10、nfiilkin,ITSmVInAllalhorshVAL“2525mVinUlfbikiiMnybIransibcri.-475-InailDirwshWPoinHDVTJHfaUIrantsQV92.5%UlPE”300mV37.5UlPoint43G0mV&2JLJIPoiflLS-300-rW37.5%UlPoints-JflOiWI3Z.MUl图7标准Templatel模板的要求VoltageLevel(D+-D-)Time(%ofUnitInterval)Level1525mVinUlIdlowingaf闫能iciorh47$mVmallothereNiALauBl2525mVil

11、lUlrdlowir)SDfansiEidfl,-475inallottiersNiAPaini1V12.5%UlPoinl2OVB7.5%UlPoinl3176mV36%UPoin-1A176mV眈y|P口ini5-175mV35%yiPoinl5-175mVWHFcrartl*DifftrarthiDlff&nartial图8标准Template2模板的要求TD郦EE6qghUirMWftTrMPftnl3nflpjr*LferiMiFfehtonsuiMTWiaReutsLtam图9HighSpeed信号质量测试中Tier的选择选择完模板后，在图9中还有Tier选项需要选择，为了能够支持

12、Hub级联，我们选择Tier6，具体的解释可以参考协议中。在图10中还有一个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。酱FileFFfeasursmtsRsmutsLtalcisHtlpCnrfigur-SxircETCSUSB2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Utilites选项中，选择ReportGenerator，如图11所示。Reportnug-FEstspEcrni:Reprtfihnaiine;3TemnnHSpec

13、ifiths_KH-t日EtitniCE/Format图11生成HighSpeed信号质量测试报告其中报告中截图如图12所示，其信号质量的测试数据全部都在报告中体现了EyeDagran每个测试项是否满足要求，都能在报告中找到答案。ResultsbasedmUSBTF/WaiverLinitsMensLnementHoirikeMFnFmuniMaxinnan(Meanipk-pkStdrwiHrdDeviationRMSPopulationStatusEyeDiaamTest-P155Eiqnd血最475.03-43Mbps466.?341MLp5479.gg?Mbp5Q.OOOObps2i0

14、3153Mbps1825Mbps509PissEOPWidth16.52536ns-1PassEOPWidth(Bits)7.931970=1PissFailingEdgeRateSoD.559V/U5l.woasgkv/us959.1054V/US179.7929V/uS431905畑950.113畑107PassRJsfngEdgeRate887.80V/US1.073M7KV/U5993.9355V/US19O.1072V/US41.275B2殛9W.72W阿106PassAdditionalInfornatim:CcciEecutlireiJitterrangE;-S7.OIbiolj

15、.FJU3Jittery.584jieEJPairedJlttisrrange;T监勺加eto33,5(sKISJitter呂胡旳址JEPsirodJitterraree;-21蓬Emto既5即弹KISJitter客？TT谑HisingIdge应t日;自瞰S3磴7/us住糾1冋.旳1：KiseTize=B4E!TsIIIji；E：de.eRate;9,1K4V/js(Eiii.ilvalsjt曲口Tirre=6&7.9pe)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

16、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其他的测试和HighSpeed一样，不同的地方是测试项的选择，需要选择FullSpeed，其测

17、试项还是选择SelectAll。3)USBLowSpeed信号质量测试方法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_owSpeed，测试项选择SelectAll。示波器上就应该能抓到所需要的测试波形，如图15所示。HI&陛日列1的泗&口1町西Help卜即iEfaHQQuaEcyDunifiyTtil=2如VIBMW1口tftJIDI图15LowSpeed信号质量测试波形与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，选擀refe

18、rences，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。碌口AH厂匚FileMeasuremertsResullsUtihlisHetRecallDefaLitFailTimeevkeISP-ansdNJlnerParedJKJlnerCnnscctijHrgtiSpeedStpeilQual4vChtck族血層DesrqstK-nOumiwDhMmRecalls绍论世iTCTM尺日匚的吋:三哥mzlMljlmlz9EjltIAlowusercorTgurstiunnftElnttsKuMndl

19、*1!-HEpacketinggerHnidzir：1DSLSB2PndGfnoesLSandFEdffn-KE-iWlhL仔田祈minlflcstannbyu注rusingojtscteWSMUH4A1-HMDIEBQmew1I亠冲1tqiMEJlebteastrenmsMteasurmtritt:夂Itat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，其实这种测试方法是不正确的，因为根据的标准定义是当端口上有100mA的负载变化时，VBUS

20、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电源上其他器件和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。图17Droop测试组网示意图具体的示波器设置，选择Analyze菜单TsetPackageMeasurements,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)

21、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,其中的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-数据线上上拉的电阻予以区

22、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别。本篇对高速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+数据线上拉的电阻；高速握手成功之后，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；在高速握手过程中，USBHUB/HOST要判定与其相连的外设是否支持高速模式，外设也要判定USBHUB/HOST是否支持高速模式。下面将具体说明高速设备的握手过程，其整个过程如图20所示。StrtofHubCHIRPEndotEndof|1SOFrrr111rriinnrr111irriri

23、1IllijDeviceCHIRPSEOHubCHIRFSEOHSrdlepSOFnnrrrTmrrri11rrir11irirrrl1991111111IIJLJWLTLTLnjLnrttrt3.0-3.125msI1.0msu7.0StartofResetDeviceDeviceDeviceg5testsforCHIRPintoFSSEODtviceEntersHS*5Q0U$AfterDetectingHubCHIRP图20USBHOST与Device整个握手过程USBHUB/HOST检测到插入的外设为全速外设，即：D+数据线被上拉；USBHUB/HOST检测到插入的外设为全速外设后，复

24、位总线。即：向总线发送SEO。此SE0的持续时间不得小于微秒。本例的SEO持续时间为微秒；3）高速外设检测到总线上SE0的持续时间不小于微秒后，向总线发送ChirpK信号。此ChirpK信号的持续时间不小于1毫秒且不大于7毫秒。本例的ChirpK信号持续时间为2毫秒；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信号结束后微秒时做出了响应；5）HUB/HOST在ChirpK信号结束后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-上对地的高速端接电阻，完成高速握手，进入高速传输模式。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ChirpResponseTime，指高速Device做出ChirpK信号响应结束后，到HOST做出响应的时间，标准要求小于100us；EL_34是指Chirp-K&JDurat