確保通過(guò)USB 3.0認證的一些測試技巧和技術(shù)

USB 3.0接收端測試

USB 3.0接收端測試類(lèi)似于其它高速串行總線(xiàn)接收端的一致性測試，一般分為三個(gè)階段，開(kāi)始是受壓眼圖校準，然后是抖動(dòng)容限測試，最后是分析。下面讓我們看看這個(gè)過(guò)程的流程圖(圖4)。

受壓眼圖校準使用最糟糕信號，這個(gè)信號通常在垂直方向(通過(guò)增加的抖動(dòng))和水平方向(通過(guò)將幅度設置為接收端在部署時(shí)能看到的最低值)都有損傷。當任何測試夾具、電纜或儀器發(fā)生改變時(shí)都必須執行受壓眼圖校準。

抖動(dòng)容限測試將校準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將作用于接收端內的時(shí)鐘恢復電路，因此不僅使用最差信號條件測試了接收端，而且時(shí)鐘恢復也得到了明確的測試。最后，通過(guò)分析評估測試完成后是否需要執行額外的設計任務(wù)才能達到一致性。

受壓眼圖校準過(guò)程首先要用一致性?shī)A具、電纜和通道設置好測試設備(圖5)。下一步是反復測量和調整各種類(lèi)型的外加應力，如抖動(dòng)。校準步驟執行時(shí)不需要DUT，但需要一致性測試夾具、通道以及測試設備產(chǎn)生的特定數據圖案。測試儀器應能執行兩種功能——能夠增加各種應力的圖案發(fā)生功能，以及抖動(dòng)和眼圖測量等信號分析功能。

校準受壓眼圖時(shí)必須完成三種損傷校準：RJ、SJ和眼圖高度。每種校準都要求對圖案發(fā)生器和分析儀進(jìn)行特定的設置。對每組電纜、適配器和儀器也必須做一次受壓眼圖校準。

由于使用不同的適配器和參考通道組，主機和設備將經(jīng)過(guò)不同的受壓眼圖校準過(guò)程。一旦完成后，校準眼圖的設置可以重復使用，只有當設備設置發(fā)生改變時(shí)才必須做再次校準。

額外的圖案發(fā)生器要求

前面已經(jīng)介紹了要求校準的全部事項，下面讓我們再看看每步校準對圖案發(fā)生器的附加要求，包括使用的數據圖案、去加重程度、SSC是否應激活等。在受壓眼圖校準方案中，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數據圖案(將D0.0字符送到USB 3.0發(fā)送端中進(jìn)行擾碼和編碼的結果)。經(jīng)過(guò)8b/10b編碼后，最長(cháng)的連1或連0長(cháng)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(cháng)的相同比特序列。

CP1是用于RJ校準的時(shí)鐘圖案。許多儀器在RJ測量時(shí)采用dual-Dirac隨機與確定性抖動(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報告為RJ，特別是針對長(cháng)圖案。通過(guò)使用時(shí)鐘圖案，作為ISI結果的DDJ將從抖動(dòng)測量中消除，從而形成更精確的RJ測量結果。

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)將導致垂直和水平方向表現為眼圖關(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)了去加重的信號小。同時(shí)，采用去加重的信號是全開(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。

在同步數字系統(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，數字流頻譜中的載頻(即5Gbps)及其諧波處會(huì )出現大幅度的尖峰，并且有可能超過(guò)調整極限(圖7)。

為了防止出現這個(gè)問(wèn)題，可以用SSC擴展頻譜能量。在這個(gè)案例中載頻被一個(gè)三角波所調制。用于接收端測試的頻率“擴展”量是5000ppm或25MHz，頻率調制周期為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展，不會(huì )再有單個(gè)頻率破壞規范極限。

如前所述，USB 3.0中的接收側均衡可以改善被碼間干擾損傷的信號，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)信號處理方法提升信號中的高頻分量。

雖然設備或主機中的接收端均衡電路與具體實(shí)現有關(guān)，但USB 3.0標準為一致性測試規定了CTLE(圖8)。這種CTLE必須在進(jìn)行一致性測試測量(都是針對發(fā)送端測試，在本例中是接收端受壓眼圖校準)之前，由誤碼率測試儀(BERT)或示波器等參考接收端實(shí)現，并且通常采用軟件模擬的方式。

使用CTLE模擬進(jìn)行抖動(dòng)測量主要影響由信號處理方法引起的抖動(dòng)，即ISI。CTLE模擬不影響與數據圖案(如RJ和SJ)不相關(guān)的抖動(dòng)分量，雖然根據一致性測試規范(CTS)這兩種測量都要求使用CTLE。另一方面，眼圖高度會(huì )直接受到影響，因為ISI影響測量。

抖動(dòng)測量時(shí)必須使用具有一致性抖動(dòng)轉移函數(JTF)的時(shí)鐘恢復“黃金PLL”，如圖9中的藍線(xiàn)所示。JTF表明了有多少抖動(dòng)從輸入信號轉移到下游分析儀。在本例中，-3dB截止頻率是4.9MHz。