快速領(lǐng)略USB 3.0問題癥結(jié)與解決方案

根據(jù)市調(diào)機構(gòu)In-Stat年初所公布的報告指出，USB 3.0的外圍應(yīng)用出貨量在2011年大約為7000萬部，到了2014年將蓬勃發(fā)展并飆破10億部。同時他們也預(yù)估在2015年時，筆記本電腦將成為USB 3.0接口的最大載具，屆時將約有50億個外圍應(yīng)用可搭載不同形式的USB接口，包含電腦、手機、主機外殼、消費性電子以及影音多媒體等產(chǎn)品。

　　換言之，隨著消費性電子產(chǎn)品的功能特性不斷升級，市場規(guī)模也隨之起舞與擴張，越來越多應(yīng)用都需要高帶寬的傳輸速度來滿足消費者的使用情境與體驗，而USB 3.0即是目前所提出的最佳解決方案之一。除了數(shù)據(jù)傳輸速度比USB 2.0快上10倍外，更向下兼容目前已廣泛被使用的傳統(tǒng)USB產(chǎn)品，進(jìn)階后的電源管理系統(tǒng)不但能提高80%的供電率以提升充電效能外，更能以低功耗的狀態(tài)執(zhí)行作業(yè)以延長電池的使用時間。In-Stat更指出，Intel推出的Ivy Bridge處理器將首次內(nèi)建并原生支持USB 3.0功能，再搭配Microsoft新一代操作系統(tǒng)Windows 8的推出，將成為普及USB 3.0的一大動力，也意味著USB 3.0未來全面滲透市場的無限可能。

　　不可否認(rèn)地，USB技術(shù)已然成為鏈接個人電腦/手機與外部設(shè)備的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足不斷成長的數(shù)據(jù)帶寬傳輸速度與需求，USB-IF在2008年正式公布了USB 3.0的技術(shù)規(guī)格，同時也帶來新的設(shè)計/測試的挑戰(zhàn)；在經(jīng)過4年時間的市場探索與技術(shù)磨合，越來越多支持USB3.0產(chǎn)品上市，大家都期許能有更高速、更節(jié)能的USB產(chǎn)品。而為了達(dá)成這項技術(shù)規(guī)格的質(zhì)量穩(wěn)定與效能保障，從促進(jìn)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化入手，建立一套完整的測試解決方案絕對是各家廠商在驗證或推出USB 3.0應(yīng)用產(chǎn)品的必經(jīng)之路。因此，百佳泰特別針對在實際驗證USB 3.0兼容性測試時，比較常遇到的問題跟分析做一些分享，希望可以提供廠商在開發(fā)產(chǎn)品時一個參考準(zhǔn)則。

　　USB 3.0的兼容性測試主要分為兩個類別，裝置端（device）與主機端（host）。在裝置端的部分，必須通過"互操作性測試"（xHCI Interoperability test）的檢驗，其主要是針對所有USB 3.0的產(chǎn)品架構(gòu)所作的裝置互操作性測試，讓各種USB 3.0產(chǎn)品能與其他裝置有效地互通并協(xié)同運作，不會因為軟、硬件版本的不同而失效。在主機端部分，除了作互操作性測試外，還得進(jìn)行另一項名為"向后兼容測試"（xHCI Backwards compatibility test）的驗證，其測試標(biāo)的除了整個USB產(chǎn)品架構(gòu)外，xHCI controller還必須與現(xiàn)不同的USB產(chǎn)品（known good device）作測試，以確保不同的USB產(chǎn)品在這個主機端上能夠正常的運作。我們可以發(fā)現(xiàn)，USB 3.0的推出除了代表速度與效能的技術(shù)提升外，為了確保與前代技術(shù)與裝置的兼容性，類似的互操作性與向后兼容測試勢必非常重要，才能讓原本的USB技術(shù)維持零落差的技術(shù)條件與使用情境。與USB 2.0測試不同的是，某些測試上的問題肇因是單單發(fā)生在USB 3.0測試當(dāng)中，這也意味著即使USB 2.0已高普及化，但在實際驗證USB 3.0時還是會遇到許多新的難題，值得廠商與我們?nèi)ヒ灰豢朔鸵呻y解答。

　　問題分享一：最低SSC延展幅度不符合規(guī)范（±300 PPM）。

　　在Electrical Test的部分，由于USB 3.0的傳輸速率高于USB 2.0有十倍之多， EMI（Electromagnetic interference）的影響也相對嚴(yán)重；因此，在USB 3.0的規(guī)范中加入了SSC（Space Spectrum Clock）技術(shù)規(guī)范，其目的即是透過SSC來降低EMI所帶來的效應(yīng)，以確保USB 3.0的訊號質(zhì)量不會受到影響。在USB 2.0時期，由于屬較低的傳輸速率，受到EMI的干擾也較輕，因而未將SSC技術(shù)納入規(guī)范；然而，隨著USB 3.0的高速傳輸能力上升，間接地越容易受到EMI的干擾。因此，在USB 3.0的測試規(guī)范中，也特別去測試其SSC此技術(shù)來驗證電子訊號的質(zhì)量。

　　根據(jù)SSC技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)指出，其量測出的triangle訊號圖，其上下展幅為： ±300 ppm（Min）；-3700 ~ -5300 ppm（Max）。我們可以從圖一的案例發(fā)現(xiàn)，其最低的展幅為333 ppm,并不在正常規(guī)范內(nèi)。緊接著，我們著手進(jìn)行疑難解答的動作，發(fā)現(xiàn)在這個情境中的問題肇因即為不正確的負(fù)載電容振蕩電路的輸出頻率偏移，進(jìn)而造成SSC展幅偏移。因此，透過改變負(fù)載電容來調(diào)整輸出頻率，從16pF調(diào)成20pF（表一），其最低的展頻幅度為204 ppm（圖二），已符合SSC技術(shù)規(guī)范要求。換言之，其問題肇因即是晶體振蕩電路的電容負(fù)載值。