隨著主流市場即將演進到SuperSpeed USB，許多設(shè)計團隊正力圖加快設(shè)計認(rèn)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(jīng)出現(xiàn)了早期的USB 3.0產(chǎn)品，但主流市場轉(zhuǎn)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(chǎn)成本低廉。高帶寬設(shè)備（如攝像機和存儲設(shè)備）已經(jīng)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(chǎn)品。
大規(guī)模部署任何新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括USB3.0）都存在內(nèi)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(shè)備的預(yù)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(rèn)證，測試變得空前關(guān)鍵或重要。
USB 3.0擁有許多其它高速串行技術(shù)（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(fù)的測量。在掌握了這些竅門之后，您便可以更有效地準(zhǔn)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(yīng)用的需求。目前USB設(shè)備達(dá)數(shù)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(shè)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(jīng)有明顯變化，以適應(yīng)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(shè)備必須對150 mV及以上的測試包做出響應(yīng)，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(shè)計人員還必須考慮傳輸線效應(yīng)，在發(fā)射機中使用均衡技術(shù)（包括去加重），在接收機中使用連續(xù)時間線性均衡技術(shù)（CTLE）。此外，現(xiàn)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(dǎo)致互操作能力問題。
評估USB 3.0串行數(shù)據(jù)鏈路另一個重要部分是被測波形與互連通道的聯(lián)系非常復(fù)雜。不能再認(rèn)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(yīng) （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(yīng)。
隨著主流市場即將演進到SuperSpeed USB，許多設(shè)計團隊正力圖加快設(shè)計認(rèn)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(jīng)出現(xiàn)了早期的USB 3.0產(chǎn)品，但主流市場轉(zhuǎn)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(chǎn)成本低廉。高帶寬設(shè)備（如攝像機和存儲設(shè)備）已經(jīng)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(chǎn)品。
大規(guī)模部署任何新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括USB3.0）都存在內(nèi)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(shè)備的預(yù)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(rèn)證，測試變得空前關(guān)鍵或重要。
USB 3.0擁有許多其它高速串行技術(shù)（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(fù)的測量。在掌握了這些竅門之后，您便可以更有效地準(zhǔn)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(yīng)用的需求。目前USB設(shè)備達(dá)數(shù)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(shè)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(jīng)有明顯變化，以適應(yīng)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(shè)備必須對150 mV及以上的測試包做出響應(yīng)，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(shè)計人員還必須考慮傳輸線效應(yīng)，在發(fā)射機中使用均衡技術(shù)（包括去加重），在接收機中使用連續(xù)時間線性均衡技術(shù)（CTLE）。此外，現(xiàn)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(dǎo)致互操作能力問題。
評估USB 3.0串行數(shù)據(jù)鏈路另一個重要部分是被測波形與互連通道的聯(lián)系非常復(fù)雜。不能再認(rèn)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(yīng) （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(yīng)。
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(jù)與評估碼型的測試有關(guān)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(shù)據(jù)相關(guān)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(dāng)?shù)臅r鐘恢復(fù)設(shè)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(shù)）。通過分析被測數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)化發(fā)射機一致性測試設(shè)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(yuǎn)端測量點。
在TP1采集信號后，可以使用SigTest軟件處理數(shù)據(jù)，這與PCI Express官方的一致性測試方法類似。對需要預(yù)測試一致性、檢定或調(diào)試的應(yīng)用，希望可以進一步了解電路在各種條件或參數(shù)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(xì)的Pass/Fail測試報告標(biāo)記出哪里可能發(fā)生設(shè)計問題。如果在不同測試地點（如公司實驗室、測試中心）結(jié)果不一致，可以使用之前測試時保存的波形數(shù)據(jù)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(diào)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(fù)設(shè)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(shù)，其采用去加重的形式。規(guī)定的標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)均衡實現(xiàn)方案包括片內(nèi)技術(shù)、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(shù)。CTLE通過頻域中的一系列極點和零點，在特定頻率上達(dá)到峰值（Peak）。
CTLE實現(xiàn)方案的設(shè)計要比其它技術(shù)簡單，能耗要低于其它技術(shù)。然而，在某些情況下，由于適應(yīng)性、精度和噪聲放大方面的限制，僅僅使用CTLE實現(xiàn)方案可能是不夠的。其它技術(shù)包括前向反饋均衡（FFE）和判定反饋均衡（DFE），通過對數(shù)據(jù)樣點加權(quán)一些補償系數(shù)來補償通道損耗。
CTLE和FFE是線性均衡器。因此，這兩種技術(shù)都會提升高頻噪聲，而產(chǎn)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(dá)到最小，補償碼間干擾（ISI）。圖3示例了一個經(jīng)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(shù)處理之后的信號。
圖3. 去加重（藍(lán)色）、長通道（白色）、CTLE （紅色）和三階DFE （灰色）對5-Gbit/s信號（黃色）產(chǎn)生的不同效果。