Granite River Labs, GRL
曾威华 Wing Tseng
本篇文章我们将介绍USB3.2的物理层(Physical Layer)测试。在物理层测试当中，分为传送(Transmitter)测试以及接收(Receiver)测试两大部分，传送测试可比喻成验证USB产品的说话能力，接收测试则比喻为USB产品的听力。通过测试认证的USB产品就应当有着稳定的讯号传送及接收能力。USB3.2在开始传输信息之前，会先使用LFPS讯号先行沟通，这种低频周期讯号可节省产品功耗，所以在物理层的讯号测试也会对LFPS讯号进行测试。
USB3.2传送测试 (Tx Test)
-LFPS 发送测试
在USB3.2物理层CTS (Compliance Test Specification)中，规定使用待测物(DUT)前五个发送的LFPS Bursts来做测试，图(一)为SCD1在示波器上的波型
图(一)
接着将利用撷取到的LFPS波型来分析测试，分析项目和规范如下表(一)
由规范可发现测试对LFPS的Burst相关时间长度及上升、下降时间和占空比(Duty Cycle)有所要求，另外在AC Common Mode Voltage和Peak-Peak Differential Output Voltage对于差分讯号相加或相减之后的规范，代表两个差分讯号的相位差及电压大小不可相差太多。
USB3.2 Gen1及Gen2传送测试
在此测试中需要将待测物(DUT)进入Compliance Mode，此模式共有17种Pattern，整理介绍如下表(二)
表(二)
接着我也将测试项目还有其对应的测试波型整理如表(三)：
表(三)
眼图测试代表讯号的基本质量，每一个Unit Interval都不压到Eye mask表示发送的讯号能准确的区分逻辑0和逻辑1，电压大小及抖动量也都有在一定的规范内。眼图的规范范围如表(四)：
表(四)
附上USB3.2 Gen2的Long Channel眼图如图(二)供大家参考：
图(二)
Gen2的Tx EQ测试代表了USB芯片发送讯号的EQ调整量要在规范范围表(五)之内
表(五)
SSC测试，在目前越来越高速传输的接口会产生电磁干扰(EMI)，USB-IF协会使用了展频频率SSC (Spread Spectrum Clock)的方式来降低传输讯号在同一个频率上的频谱振幅，也进而减少了电磁干扰。SSC的原理类似我们的频率调变(Frequency Modulation)，对传输讯号做一个三角波周期的频率调变。图(三)为Normal Mode SSC三角波周期调变范围。
图(三)
表(六)为SSC测试项目及其规范：
表(六)
USB3.2接收测试 (Rx Test)
-LFPS接收测试
此测试只针对USB3.2 Gen1的讯号做测试，测试目的是希望待测物能够正确的接收到Link Partner的LFPS。测试原理仪器端会发送四种较差的LFPS给待测物，若待测物接收到这四种LFPS还能够顺利沟通并回传TSEQ则代表通过此测试。表(七)为测试使用的四种LFPS：
表(七)
USB3.2 Gen1及Gen2接收测试
在接收测试中，要使待测物进入Loopback Mode。在此模式时，USB产品会回传收到的讯号。测试目的为USB产品在接收讯号上能够准确判断Link Partner在传送的讯号。所以测试上仪器会先与待测物沟通进入Loopback Mode，接着开始发送测试讯号，当中测试讯号会加上一定的抖动频率及其对应的抖动量给待测物，待测物接收到测试讯号后回传给误码仪(Error Detector)，只要小于等于1个Bit Error，表示待测物通过Rx测试。
USB3.2 Gen1共有8个Sj测试点，每点测试3×1010个Bits，每点测试时间约为6秒钟，测试点如表(八)：
表(八)
USB3.2 Gen2共有9个Sj测试点，每点测试约1.2×1012个Bits，每点测试时间约为2分钟，测试点如表(九)：
表(九)
再附上USB3.2 Gen2接收测试的结果如图(四)供大家参考：
图(四)
参考文献：
- Universal Serial Bus 3.2 Specification, September 22, 2017
- Electrical Compliance Test Specification Enhanced SuperSpeed Universal Serial Bus, February 14, 2017
作者
GRL测试工程师曾威华Wing Tseng 擅长USB、PCIe、SATA接口测试。GRL技术文章作者及讲师。希望帮助大家顺利测试拿到接口Logo，彼此互相交流共同成长飞翔。
本文件中规格特性及其說明若有修改恕不另行通知。
发布日期 2019/05/20 AN-190503-TW
