如何执行USB4接收端信号频率变化训练测试？改版后有何差异？

Granite River Labs, GRL
Jimmy Lin 林致均

USB-IF于2022的6月8日发布了USB4 Electrical认证测试规范1.03版，其中与USB4 Electrical认证测试规范1.0版最大的差别在于测试项目–USB4 Receiver Signal Frequency Variation Training Test（接收端信号频率变化训练测试），前后两版无论在校准手法或测试手法都有改变，本文将带大家探讨两者之间的差异。

USB4 Receiver Signal Frequency Variation Training Test 主要是在量测产品的接收端，在收到扩频时钟 (Spread Spectrum Clock, SSC) 有变化的信号时，是否依然能保持连接状态并且没有错误出现，而根据认证测试规范，Bit Error Rate需要小于1E−6此测项才能算是通过。

在规范1.03版，USB4 Receiver Signal Frequency Variation Training Test中接收端收到的测试信号，为模拟Re-timer的运作过程。请参考下图1，在最初Re-timer动作时，会先传送使用Local clock的数据，如图中红色区域，此时Frequency Variation需要维持在正负300 ppm之间。接着Re-timer会开始切换成使用Recovered Clock来传送数据，切换的过程如图中的绿色区域。而后Re-timer会进入稳定的运行阶段，如图中的蓝色区域。

图1: Re-timer Frequency Variation之变化图 (来源: Universal Serial Bus 4 (USB4) Specification Version 1.0, May 2021)

表1: Transmitter Frequency Variation Limits (来源: Universal Serial Bus 4 (USB4) Specification Version 1.0, May 2021)

接下来的章节会介绍两个版本的测试手法有何不同

认证测试规范1.0–测试手法

在测试规范1.0版本中，USB4 Receiver Signal Frequency Variation Training Test的测试环境与Receiver Rx BER Test TP3的测试环境相同。

图2: Receiver Rx BER Test TP3测试环境图 (来源: Universal Serial Bus 4 (USB4) Router Assembly Electrical Compliance Test Specification Revision 1.0, June 2020 )

测试方式为使用Receiver Rx BER Test Case 2在PJ 1MHz校验的设置，并将BERT中产生SSC的模组关闭。将PJ的频率改成0.4MHz，针对USB4 Gen2使用的Jitter大小为22.4UI，而USB4 Gen3使用的Jitter为44.8UI，其余设置保持不变，即完成环境的设置。接着使用ETT (Electrical Test Tool) 来执行BER的测试，测试的时间为10秒，并记录测试后的BER是否小于1E−6。此测项需要在USB4 Type-C端口上的两条Lane所支持的速度来执行。

认证测试规范1.03–测试手法

而在测试规范1.03版本中，USB4 Receiver Signal Frequency Variation Training Test需要在Case1及Case2的环境下进行测试。在校准的部分，开启对应的Case在PJ 100MHz校验的设置，并且将使用的Pattern改为PRBS15。关掉原有产生SSC的模组，使用特别针对Clock Switch的SSC模组，并将参数设定如图2和图3。需要注意的是，图中所示的参数设定为Rounded Speed (10G & 20G) 使用，Legacy Speed (10.3123G & 20.625G)将不再进行此项测试。

图3: Case1 SSC模组设置参数 (来源: Universal Serial Bus 4 (USB4) Router Assembly Electrical Compliance Test Specification Revision 1.03, June 8 2022 )

图4: Case2 SSC模组设置参数 (来源: Universal Serial Bus 4 (USB4) Router Assembly Electrical Compliance Test Specification Revision 1.03, June 8 2022 )

在测试方式的部分，开启上述设置好的环境，并且先将特别针对Clock Switch的SSC模组关掉。执行ETT来进行BER测试。在开始测试前，会跳出视窗＂to turn on clk-switch over the Generator＂，按下确认键后，开启各别针对Clock Switch的SSC模组并进行测试。测试的时间一样为10秒，并记录测试后的BER是否小于1E−6。此规范版本的测试同样需要在USB4 Type-C 端口上的两条Lane所支持的速度来执行，并且需重复此测试20次，再以Error数最大的那次作为结果。但在近期Intel所制定的Streamline中，考虑到测试时间，测试的次数降为5次。

表2: Frequency Variation Test在不同CTS比较

结论

鉴于现今笔记型电脑的设计，CPU至连接器的距离较长，进而导致信号传输的衰减，因此常会采用在线路中加入Re-timer的方法来改善此问题，也能使设计上有更多弹性。因此验证Re-timer的重要性不言而喻，而USB4 Receiver Signal Frequency Variation Training Test的测试手法从1.0版进化至1.03版，也使得验证过程更符合实际Re-time的行为。 GRL拥有丰富的USB认证测试经验，可以根据最新的测试手法为客户进行USB4认证测试，为消费者严格把关产品品质。

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参考文献

1. Universal Serial Bus 4 (USB4) Router Assembly Electrical Compliance Test Specification Revision 1.03, June 2022
2. Universal Serial Bus 4 (USB4) Router Assembly Electrical Compliance Test Specification Revision 1.0, June 2020
3. Universal Serial Bus 4 (USB4) Specification Version 1.0, May 2021

作者

GRL台湾技术工程师 林致均 Jimmy Lin

现任 GRL Thunderbolt 3/4 及 USB4 认证测试工程师，具四年的高频测试经验，熟悉 Thunderbolt、USB 的测试规范及其原理，协助客户解决测试问题并且取得认证。

本文件中规格特性及其说明若有修改恕不另行通知。

发布日期 2022/11/08 AN-221108-TW