確保通過USB 3.0認(rèn)證的一些測試技巧和技術(shù)

USB 3.0接收端測試

USB 3.0接收端測試類似于其它高速串行總線接收端的一致性測試，一般分為三個階段，開始是受壓眼圖校準(zhǔn)，然后是抖動容限測試，最后是分析。下面讓我們看看這個過程的流程圖(圖4)。

受壓眼圖校準(zhǔn)使用最糟糕信號，這個信號通常在垂直方向(通過增加的抖動)和水平方向(通過將幅度設(shè)置為接收端在部署時能看到的最低值)都有損傷。當(dāng)任何測試夾具、電纜或儀器發(fā)生改變時都必須執(zhí)行受壓眼圖校準(zhǔn)。

抖動容限測試將校準(zhǔn)后的受壓眼圖用作輸入，然后施加更高頻率帶來的附加正弦抖動(SJ)。這種SJ將作用于接收端內(nèi)的時鐘恢復(fù)電路，因此不僅使用最差信號條件測試了接收端，而且時鐘恢復(fù)也得到了明確的測試。最后，通過分析評估測試完成后是否需要執(zhí)行額外的設(shè)計任務(wù)才能達(dá)到一致性。

受壓眼圖校準(zhǔn)過程首先要用一致性夾具、電纜和通道設(shè)置好測試設(shè)備(圖5)。下一步是反復(fù)測量和調(diào)整各種類型的外加應(yīng)力，如抖動。校準(zhǔn)步驟執(zhí)行時不需要DUT，但需要一致性測試夾具、通道以及測試設(shè)備產(chǎn)生的特定數(shù)據(jù)圖案。測試儀器應(yīng)能執(zhí)行兩種功能——能夠增加各種應(yīng)力的圖案發(fā)生功能，以及抖動和眼圖測量等信號分析功能。

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

由于使用不同的適配器和參考通道組，主機(jī)和設(shè)備將經(jīng)過不同的受壓眼圖校準(zhǔn)過程。一旦完成后，校準(zhǔn)眼圖的設(shè)置可以重復(fù)使用，只有當(dāng)設(shè)備設(shè)置發(fā)生改變時才必須做再次校準(zhǔn)。

額外的圖案發(fā)生器要求

前面已經(jīng)介紹了要求校準(zhǔn)的全部事項(xiàng)，下面讓我們再看看每步校準(zhǔn)對圖案發(fā)生器的附加要求，包括使用的數(shù)據(jù)圖案、去加重程度、SSC是否應(yīng)激活等。在受壓眼圖校準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(jié)果)。經(jīng)過8b/10b編碼后，最長的連1或連0長度從PRBS-16圖案中的16比特減少到了5個比特。CP3是類似于8b/10b編碼過的PRBS-16的圖案，其中包含最短(單個比特)和最長的相同比特序列。

CP1是用于RJ校準(zhǔn)的時鐘圖案。許多儀器在RJ測量時采用dual-Dirac隨機(jī)與確定性抖動分離方法。使用時鐘圖案可以避免dual-Dirac方法的一些缺陷，例如將DDJ報告為RJ，特別是針對長圖案。通過使用時鐘圖案，作為ISI結(jié)果的DDJ將從抖動測量中消除，從而形成更精確的RJ測量結(jié)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(dǎo)致垂直和水平方向表現(xiàn)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，沒有去加重時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。

在通過有損通道和電纜后，沒有經(jīng)過去加重處理的信號將受到碼間干擾(ISI)的影響，眼圖開度要比經(jīng)過了去加重的信號小。同時，采用去加重的信號是全開的。從這里可以看出，去加重程度會影響ISI和DDJ的程度，進(jìn)而影響接收端的眼圖開度。

在同步數(shù)字系統(tǒng)(包括USB 3.0)中經(jīng)常使用SSC來減小電磁干擾(EMI)。如果不使用SSC，數(shù)字流頻譜中的載頻(即5Gbps)及其諧波處會出現(xiàn)大幅度的尖峰，并且有可能超過調(diào)整極限(圖7)。

為了防止出現(xiàn)這個問題，可以用SSC擴(kuò)展頻譜能量。在這個案例中載頻被一個三角波所調(diào)制。用于接收端測試的頻率“擴(kuò)展”量是5000ppm或25MHz，頻率調(diào)制周期為33kHz或每隔30μs，即三角波的一個周期。經(jīng)過SSC后，頻譜中的能量得到了擴(kuò)展，不會再有單個頻率破壞規(guī)范極限。

如前所述，USB 3.0中的接收側(cè)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——通過信號處理方法提升信號中的高頻分量。

雖然設(shè)備或主機(jī)中的接收端均衡電路與具體實(shí)現(xiàn)有關(guān)，但USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)為一致性測試規(guī)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(zhǔn))之前，由誤碼率測試儀(BERT)或示波器等參考接收端實(shí)現(xiàn)，并且通常采用軟件模擬的方式。

使用CTLE模擬進(jìn)行抖動測量主要影響由信號處理方法引起的抖動，即ISI。CTLE模擬不影響與數(shù)據(jù)圖案(如RJ和SJ)不相關(guān)的抖動分量，雖然根據(jù)一致性測試規(guī)范(CTS)這兩種測量都要求使用CTLE。另一方面，眼圖高度會直接受到影響，因?yàn)镮SI影響測量。

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