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。
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。
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。
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。
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。
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