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1、精选优质文档-倾情为你奉上USB接口指标测试指导书1、USB接口指标描述为了顺应市场的要求，目前的产品大部分都出的是USB2.0的接口，而且我们产品都是作为HOST端，USB2.0一共提供3种速率，如下表。数据速率上升时间Low Speed1.5Mbps75300nsFull Speed12Mbps420nsHigh Speed480Mbps500ps当我们的设备是作为HOST端是，数据方向是Down Stream，其关注的指标有：1、 信号质量1) 眼图测试(Eye-Diagram testing)2) 信号速率(Signal Rate)3) 包结尾宽度(End of Packet Widt
2、h)4) JK抖动(JK jitter)5) KJ抖动(KJ jitter)6) 连续抖动(Consecutive jitter)7) 单调性测试(Monotonic test (for HS)8) 上升与下降时间(Rise and Fall times)2、 Droop(电压跌)3、 Chirp (Shake Hands)2、USB接口指标测试方法（1） 信号质量测试由于我们的设备都是作为HOST端，在这里只介绍HOST端的接口指标测试方法。1) USB High Speed信号质量测试方法a) 连接好被测设备(DUT)、测试夹具和示波器，具体的连接示意图如Error! Reference
3、source not found.所示。图 1 High Speed信号质量测试连接示意图b) DUT上电，启动USB测试包，发送测试命令，使USB端口能够发送出测试码流，具体的码流波形如Error! Reference source not found.所示。图 2 High Speed信号质量测试波形c) 运行示波器上的USB测试软件，在Analyze菜单中选择USB2.0 Test 启动后的界面如Error! Reference source not found.所示。在软件的Measurements菜单中选择Select，然后选择High Speed，选择测试项，在这里可以点击Sele
4、ct All，将信号质量的测试项全部选上。在这个界面上还有一个选项Config，该选项是用来初始化Monotonic Property，选择后的界面如Error! Reference source not found.所示，是用来初始化边沿的单调性是从高低电平的多少百分比开始Check。图 3 TEK USB测试软件图 4 High Speed信号质量测试初始化界面d) 选择眼图的模板。在USB 2.0的标准协议中，一共有4种模板。其测试模板的选择和端口的数据方向和测试点的选择有关。协议中定义个测试点的选择及对应的模板选择。如Error! Reference source not found.
5、和Error! Reference source not found.所示。图 5 USB2.0标准中的测试模型图 6 USB2.0标准中关于模板选择的描述不同的模板对应的眼高和眼宽要求不一样，如果我们的设备是作为HOST端，数据流向是Down Stream，测试点可以选择TP2和TP3，如果设备对外宣传是标准的USB2.0接口，就说明我们设备的USB端口上是可以再加USB延长线的，即USB Cable。当然测试点的选择就是在TP2了，测试的模板就是Template 1，其对应在示波器上九应该选择Down Stream+Near End，对应示波器的选择如下图所示。如果设备内部已经经过了连接器
6、和排线，对外宣称只支持USB2.0的设备，那如果我们在设备的出端口测试，模板就选择Template 2，其对应在示波器上应该选择Down Stream+Far End。其Template 1和Template 2两个模板对应的大小和参数如Error! Reference source not found.和Error! Reference source not found.所示。总结如下，在测试时，根据不同的测试场景，选择不同的测试模板。Host测试点模板示波器设置TP2Template 1Down Stream+Near EndTP3Template 2Down Stream+Far End
7、图 7 USB2.0标准Template1模板的要求图 8 USB2.0标准Template2模板的要求图 9 High Speed信号质量测试中Tier的选择选择完模板后，在Error! Reference source not found.中还有Tier选项需要选择，为了能够支持Hub级联，我们选择Tier6，具体的解释可以参考USB2.0协议中4.1.1。在Error! Reference source not found.中还有一个Configure选项，需要初始化使用的通道和选择的探头类型。如Error! Reference source not found.所示。图 10 High
8、 Speed信号质量测试中Configure的选择e) 示波器设置好后，就可以点击示波器软件上的RUN开始测试。测试完后，会生成一个测试报告，保存测试报告在Utilites选项中，选择Report Generator，如Error! Reference source not found.所示。图 11 生成High Speed信号质量测试报告其中报告中截图如Error! Reference source not found.所示，其信号质量的测试数据全部都在报告中体现了，每个测试项是否满足要求，都能在报告中找到答案。图 12 High Speed信号质量测试报告的具体内容2) USB Full
9、 Speed信号质量测试方法和High Speed信号质量测试不同的地方在于测试组网的方式不一样，具体的测试组网如Error! Reference source not found.所示。有几个需要注意的地方是USB夹具需要5V供电，需要一个将夹具设置到Initial状态，Initial指示灯点亮。在测试Host Full Speed信号质量时，需要一个Full Speed的从设备，该供设备需要是USB协会认证的设备。在这里不在用差分探头了，需要用两个单端探头，注意D+，D-的对应连接的示波器通道。图 13 Full Speed信号质量测试组网示意图测试组网连接好后，不用发送测试命令，示波器上
10、就应该能抓到所需要的测试波形，如Error! Reference source not found.所示。图 14 Full Speed信号质量测试波形示波器其他的测试和High Speed一样，不同的地方是测试项的选择，需要选择Full Speed，其测试项还是选择Select All。3) USB Low Speed信号质量测试方法Low Speed的测试组网方式和Full Speed测试组网方式一样，不一样的地方是这次用的是Low Speed从设备，可以使用鼠标等从设备。测试时选择Low Speed，测试项选择Select All。示波器上就应该能抓到所需要的测试波形，如Error! R
11、eference source not found.所示。图 15 Low Speed信号质量测试波形与Full Speed测试方法不同的是，测试Low Speed时需要使用Cross，具体的设置在File菜单中，选择Preferences，会弹出一个设置窗口，在此窗口中需要将图中所示的选项选中，选择后就可以用Cross来指示有效的Low Speed信号，具体的设置方法如Error! Reference source not found.所示。图 16 Low Speed信号质量测试设置方法（2） Droop测试这里的Droop测试就和电源中的USB插拔冲击电流和Drop测试内容是一致的，但是
12、我们通常通过直接插拔U盘来测试VBUS上的电压跌落情况，其实这种测试方法是不正确的，因为根据USB2.0的标准定义是当端口上有100mA的负载变化时，VBUS上的电压跌落要求小于330mV，这里为什么需要关注VBUS的电压跌落，主要担心USB端口负载的变化影响VBUS电源上其他器件和USB端口的正常工作。测试组网如下图所示，需要将测试夹具连接到被测端口，用USB端口给夹具供电。需要使用2个探头来来进行测试，一个探头用于Triger，点在负载端口上的VBUS信号上，另一个探头点在总线的VBUS信号线上。测试组网如Error! Reference source not found.所示。图 17
13、Droop测试组网示意图具体的示波器设置，选择Analyze菜单USB2.0 Tset PackageMeasurements，选择High Speed菜单中Droop测试项。测试时，需要根据实际的应用进行Config设置，如Error! Reference source not found.所示。1）需要选择Port，对应测试夹具上实际使用的Port；2）Hub菜单选择，一般我们测试的都是Host，所以选择Bus Powered；3）Select Source选择，需要选择Live/Ref，其中的VBus需要对应上实际使用的探头对应的通道，Trigger选择点在被测端口的通道上。设置完后，按
14、下RUN，此时需要将测试夹具上的选择开关从无负载拨到有负载的情况，以便能让示波器抓到电压Droop信号。图 18 Droop测试时示波器设置测试到的波形如Error! Reference source not found.所示，最后软件会测试到实际的电压Droop。图 19 Droop测试波形（3） Chirp测试USB全速外设备和低速外设是通过在D+或D-数据线上上拉1.5K的电阻予以区别，D+上拉为全速外设，D-上拉为低速外设。高速外设的识别则比较复杂，需要通过主机与高速外设握手才能识别。本篇对高速USB握手进行说明。高速外设最初以全速外设的形式出现，即：高速外设在插入USB HUB/HO
15、ST时D+数据线上拉1.5K的电阻；高速握手成功之后，外设与主机进入高速模式。如果握手不成功，则返回全速模式；在高速握手过程中，USB HUB/HOST要判定与其相连的外设是否支持高速模式，外设也要判定USB HUB/HOST是否支持高速模式。下面将具体说明高速设备的握手过程，其整个过程如Error! Reference source not found.所示。图 20 USB HOST与Device整个握手过程1) USB HUB/HOST检测到插入的外设为全速外设，即：D+数据线被上拉；2) USB HUB/HOST检测到插入的外设为全速外设后，复位总线。即：向总线发送SE0。此SE0的持
16、续时间不得小于2.5微秒。本例的SE0持续时间为3.63微秒；3) 高速外设检测到总线上SE0的持续时间不小于2.5微秒后，向总线发送Chirp K信号。此Chirp K信号的持续时间不小于1毫秒且不大于7毫秒。本例的Chirp K信号持续时间为2毫秒；4) 高速外设发送Chirp K信号结束后，总线回复到SE0状态。如果USB HUB/HOST支持高速模式，则必须在Chirp K信号结束后100微秒内做出响应。本例中USB HUB/HOST在Chirp K信号结束后58.23微秒时做出了响应；5) HUB/HOST在Chirp K信号结束后100微秒内做出了响应，向总线发送连续的Chirp
17、K/J对，每个Chirp K信号或Chirp J信号的宽度不小于40微秒且不大于60微秒（本例为50-60微秒之间），每2个相邻的Chirp K和Chirp J信号之间的间隔不应大于2.5微秒。6) 高速外设在检测到连续的最少3对Chirp K/J对后，在500微秒内必须断开D+上的上拉电阻，并连接D+和D-上对地的高速端接电阻，完成高速握手，进入高速传输模式。在USB标准组织中，对EL_33, EL_34, EL_35这三个参数有要求，EL_33是指Chirp Response Time，指高速Device做出Chirp K信号响应结束后，到HOST做出响应的时间，标准要求小于100us；E
18、L_34是指Chirp-K&J Duration，指HOST和Device连续发送每个Chirp K信号或Chirp J信号的宽度，标准要求在40us和60us之间；EL_35是指从HOST发送Chirp-J/K结束到HOST发送SOF信号开始的时间，标准要求在100us和500us之间。目前TEK示波器软件只能测试EL_33, EL_34这两个参数，EL_35需要手动测量。实际用TEK示波器测试Chirp的结果如Error! Reference source not found.所示。图 21 USB Chirp测试结果4、 结论、解决方案及效果本文主要介绍了USB2.0作为HOST时的接口
19、指标测试。在实际测试的过程中，有三个地方需要关注：1）在测试USB眼图时，要注意眼图模板的选择，不同的测试场景，模板都不一样；2）USB电压Droop测试，之前一直都是遍历已有编码的U盘和USB接口设备，但是也未能遍历市场上，形形色色的USB接口设备，其实USB标准组织是对USB设备的容性负载做了限制的，我们只需要用标准定义的负载去测试，就能保证我们设备的USB接口能对接标准的USB接口设备；3）之前在测试USB接口指标是，很少有人会关注Chirp测试项，该测试项在USB标准组织中也是需要测试，而且目前的TEK示波器并不能把所有的参数测试完全，需要自己手动去测量一个参数。4、经验总结、预防措施和规范建议在测试标准的接口指标时，我们一定要研究接口的规范及各种定义，需要了解行业在做这个接口认证时，需要测试哪些项，认证组织有测试的项，我们的设备也必须要测试，这样在去做认证时，心里才会有底气。5、备注参考文献：（1） USB-IF_USB_2_0_Electrical_Test_Spec.pdf（2） Host_HS_test_procedure_Rev1.4.pdf（3） Universal Serial Bus Specification.pdf专心-专注-专业