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通用USB Type-C接口的测试

2018-06-12 09:54:47 来源:连接器世界网

技术的发展速度越来越快,市场对早期进入者的回报也越来越高。缩短产品开发周期意味着包括测试和认证在内的所有过程都需要提高速度,这在将产品推向市场方面变得很重要。

由于USB Type-C等技术会增加测试的复杂性,因此将产品推向市场的压力很大。因此了解连接器有助于掌握需要额外的测试、工具和测试设备的相关信息。错误的做法很容易让测试时间延长两个多月,潜在成本为100万欧元。如果设备在USB-IF的兼容性认证工作会上失败,那么成本和时间延迟将会更多。

 

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USB Type-C连接器概述

图1显示了USB Type-C的高功能24引脚连接。功率引脚VBUS和GND支持高达5 A/20 V/100w。成对的四个传输/接收(TX/RX)允许一个、两个或全部四个通道在任何时候用于数据传输,并提供最高每秒20 Gbps的速度。

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图1:USB Type-C 24 pin规范

CC1和CC2线路通过提供三种功能来管理连接器接口的定义:定向配置管理、供电给线缆,以及传输通道。SBU1和SBU2引脚是边带通信通道,可为USB以外的协议提供额外的连接和使用。

USB 2 (D+, D-)的同步连接可以用于标准的USB 2操作,或者作为提供电力传输信息的补充连接。D+连接被绑在一起,D连接保持连接器的方向独立性。

功率传输(PD)可动态管理功率分配、调整电压和电流,为所有连接的设备建立供应/消费角色。设备可以请求它们需要的能量,并在特定应用需要时获得更多的能量。PD的双向功率使设备能够为其他设备供电。通过替换模式,PD还使USB Type-C能够支持其他标准,如DisplayPort (DP)或Thunderbolt (TBT)。

测试的挑战和解决方案

在将器件接口从4引脚的USB标准A/B更新到24引脚的USB Type-C连接器时,设计和测试工程师面临着一些挑战。USB Type-C包含解决A/B型连接器/线缆问题的设计更改,并为支持USB Type-C的产品提供更多功能和功能。了解测试挑战和解决方案有助于确保成功实现USB Type-C集成和设备测试。

功率传输

PD的动态能力和可能的功率配置范围,再加上对USB 2.0、USB 3.1 Gen 1和Gen 2以及PD等不断发展的规范的兼容性所带来的挑战,使得USB Type-C设备测试认证比传统的USB测试更具挑战性。电源、PHY层和协议层仍然是兼容性测试的关键测试类别。重要的测试参数设计工程师必须考虑包括许多不同的电压等级、设备充电、线缆功能,并确定供应与消费的设备状态。

 

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图2。USB Type-C全功能实现

图2显示了主机和设备作为双角色端口(DRP),它与可以交换角色的USB Type-C环境保持一致。一个DRP的状态——无论它是在特定时间充当主机还是设备——由CC线作为PD基础结构的一部分来管理。PD协议的调试是工程师面临的最大挑战之一,因为它需要访问CC线和VBUS信号以获得正确的特性。USB PD有指定的电压/电流水平,设备可以选择操作,因此使得根据器件启动来测试PD水平的能力显得非常重要。

物理层设备测试的一个示例配置包括示波器、探针、电流探针、USB PD协议软件、测试板/夹具和PD控制器。在300khz数据传输速率下,建议使用一个500兆赫或以上、并且能够记录整个数据包的长记录长度的KeysightInfiniium示波器。虽然主要是直流信号,但大多数都具有交流特性,并且需要有足够带宽的范围。建议在分析5v直流电源信号时,使用探头偏移量来观察信号瞬变。因为使用隔直器可以过滤掉电压信号的直流和低频内容。

发射/接收(TX / RX)

USB Type-C规范引入了许多新的TX和RX测试挑战。快速和准确地测量发送器眼图、LFPS和LBPM时间、传输的SSC剖面、SCD信号,以及执行去加重和前冲的能力对于成功的TX测试至关重要。灵活的信号生成和位错检测是RX测试认证的关键。

TX和RX兼容性测试需要运行兼容性测试模式。这些不同的信号模式是在兼容性测试期间生成的,而测量是在一个名为SigTest的工具中进行的。每个兼容性测试都提出了单独的挑战。如果兼容性测试需要许多负载和充电条件,那么工程师必须配置和执行每个设备的测试数量。

针对USB 3.1、DP 1.3、TBT 3和MHL、N7015A和N7016A型测试装置的TX符合性测试,推荐使用Keysight Infiniium示波器。该解决方案提供了20 GHz带宽(at -3 dB)的最佳信号完整性,并可将其嵌入30 GHz。它包括一个Type-C插头接口夹具,可以处理连接器的“翻转”,并提供测试点和探测发射机以及功率输出测量的通道。

M8020A J-BERT高性能16 Gbps误码率测试仪拥有内置于设备中的一切:去加重、图形能力、持续时间线性均衡(CTLE)、决策反馈均衡(DFE)、创建各种模式结构的能力以及重新排序。Keysight USB 3.1接收器测试解决方案通过M8020A J-BERT的内置和校准抖动源(随机抖动,周期抖动,SSC),精确模拟前后光学去加重和符号间干扰(ISI)迹线。

线缆和连接器

USB Type-C通道规范,包括对称连接器、高速数据、高功率、多数据传输类型和向后兼容性,导致许多配置需要进行测试,以认证USB通道的一致性。不同配置中通道的性能也受到损耗、反射和交叉对话的影响。因此需要使用比过去更严格的方法来去除测试夹具的影响,管理对通道响应的额外影响(图3),并在USB接口测试中管理USB Type-C通道中的EMI和RFI水平。

 

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图3。信道响应需要从传统的参数转换到压力测试的测试方法

用于时域分析的示波器。一种新的推荐解决方案是Keysight ENA系列网络分析器,它使用增强的时域分析(option TDR)作为一个单盒解决方案,它可以测量所有的兼容性参数。N4433A是由ENA USB接口控制的一种微波电子标定(ECal)模块,用于ENA校准,并消除测试设置的影响。

Keysight是唯一的供应商,它的Type-C测试解决方案包括USB Rx/Tx测试、TBT认证设备和TBT Rx/Tx测试的TBT认证设备和测试,以及DP Rx/Tx测试的认证设备和测试。

本文由大比特资讯收集整理(www.big-bit.com)

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