Тест і сертифікація активного кабелю USB4 LRD
Oct 25, 2021
Залишити повідомлення
Специфікація активного кабелю USB4 відповідає роз’єму USB типу C і специфікації кабелю. наразі остання версія Rev. 2.1. Додано визначення кабелю EPR (розширений діапазон потужності), а також ECN (повідомлення про зміну інженера) попереднього активного кабелю інтегровано в цю версію. Давайте' подивимося на активний кабель USB типу C.
Короткий активний кабель USB 3.2
USB4 короткий активний кабель
USB 3.2 оптично ізольований активний кабель (OIAC)
Серед них OIAC — волоконно-оптичний кабель довжиною 50 метрів. Наразі визначено, що він може підтримувати максимум швидкість USB 3.2 Gen2 (але не підтримує USB2.0 і джерело живлення VBUS), яке в основному використовується для промислових пристроїв, машинного зору, дистанційних датчиків, професійного відео та медичних додатків. Однак електричні характеристики лінійного оптичного активного кабелю USB4 не визначені; далі ми представимо частину короткого активного кабелю.
Короткий активний кабель активний кабель
У довжину в межах 5 метрів
Потрібні повнофункціональні типи C і USB PD 3.0 eMarker
Необхідно підтримувати двостороннє та позитивне та негативне вставлення
За можливостями підтримки його можна розділити на активні кабелі USB 3.2 і USB4
Активний кабель USB 3.2:
-Повинен підтримуватися USB 3.2 Gen 2x2 (двоканальний 10 ГГц).
* активні кабелі, які підтримують лише один канал (x1), заборонені
- Додаткова підтримка режиму Alt
Активний кабель USB4:
-Повинні підтримуватися всі швидкості USB 3.2 і USB4 (двоканальний).
-Tbt3 alt режим повинен підтримуватися
Вимоги до проводів VBUS, vconn, CC та USB 2.0 узгоджуються з вимогами до пасивних кабелів
Активний кабель має живитися від vconn
Активний кабель містить компоненти повторювача, такі як таймер повторного або повторного драйвера, в основному для високошвидкісних сигналів TX1, TX2, rx1 і rx2. Розробка таймера повторного використання є складною і дорогою. Кабель лінійного перезавантажувача (LRD), в якому переважає драйвер, має характеристики низької складності, низького споживання енергії та низької вартості. Хоча він був лише пізніше доданий до екосистеми USB і включений до специфікації USB типу C, кабель LRD вперше був представлений на ринку. Наприклад, двометровий кабель thunderbolt 4 40 Гбіт/с є кабелем LRD, який підтримує USB4.
Основні компоненти кабелю LRD включають еквалайзер RX і вихідний драйвер, які відповідно відповідають за компенсацію втрат кабелю, регулювання посилення постійного струму та регулювання розміру вихідного попереднього акценту та сигналу, як показано на малюнку нижче.
Оскільки кабель LRD не має CDR (відновлення даних тактового сигналу), тремтіння і шум, отримані на вході кабелю, будуть передані на кабельний вихід; У той же час, RX EQ може також посилювати високочастотний шум; Через додавання активних компонентів опір контактної карти буде переривчастим; Крім довгих кабелів, у виробничому процесі легко спричинити невідповідність довжини та великий перекіс pn, що призводить до того, що загальний режим змінного струму перевищує специфікацію. Виходячи з вищезазначених моментів, при проектуванні необхідно враховувати наступне:
Високочастотний шум, викликаний кабелями
Чи правильно збалансований еквалайзер всередині кабелю і чи є сигнал недостатнім чи надбалансованим?
Узгодження імпедансу додаткових компонентів всередині активного кабелю
Pn перекіс високошвидкісної пари кабелю
Підтримка функції кабелю LRD та оголошення eMarker
Це зазначено в таблиці 6-3 роз’єму USB типу C& Специфікація кабелю Rev 2.1 (як показано в таблиці 2), пасивний кабель USB4 і активний кабель USB4 (крім OIAC) повинні підтримувати USB4, usb3, USB2 і tbt3.
Зокрема, кабель USB4 LRD є активним кабелем, але в налаштуванні VDO заголовка ідентифікатора eMarker, B29... B27 потрібно оголошувати як пасивний кабель (011b) і оголошувати, що використовує пасивний кабель VDO. Оскільки кабель LRD був включений у специфікацію USB на пізнішому етапі, він в основному повинен бути сумісним з продуктами tbt3 на ринку. Його необхідно оголосити як пасивне. Хоча тип продукту оголошується як пасивний, виявлення tbt3 триватиме в процесі зв’язку USB4 discover_ SVID (0x8087), а потім буде визначати, чи це"USB4 з активним кабелем tbt3 gen3".
Usb-if випускає новий логотип і значок USB4
Usb-if провів семінар USB devdays 2021 у Сіетлі (30 вересня – 1 жовтня) і випустив новий логотип і значок номінальної потужності кабелю USB типу C у поєднанні зі специфікацією EPR (розширений діапазон потужності), як показано на таблицю нижче, щоб користувачі могли швидко визначити швидкість і потужність, які підтримують USB-продукти. Кабель, який спочатку підтримував 100 Вт (20 В / 5 А), більше не використовується; Кабель, що підтримує 5 А, повинен підтримувати EPR 240 Вт (48 В / 5 А).
Таблиця 3: новий сертифікований логотип і значок кабелю USB типу C (джерело: usbdevdays 2021)
Активний кабель LRD додає драйвер активного компонента, щоб збільшити довжину опори кабелю. У практичному використанні та сертифікаційному тесті концепція полягає в тому, що продуктивність кабелю LRD повинна відповідати або навіть краще, ніж у пасивного кабелю. Тобто, за тих самих налаштувань тестового середовища, lrd-кабель має бути рівним або кращим за пасивний кабель у порівнянні з пасивним кабелем.
Випробування сертифікації LRD включають:
Функціональний тест USB-c
Тест електронного маркера USB PD
Активне живлення кабелю: ІЧ-падіння та енергоспоживання
Термічний захист від перегріву
Перевірка електричних характеристик LRD
Тест на сумісність кабелю LRD (ще обговорюється)
Детальний електричний тест кабелю LRD виглядає наступним чином:
1. Функціональний тест USB-c
Відповідно до специфікації тестування функції usb-c, перевірка кабелю виглядає так:
TD 4.1.3 Перевірка кабелю без живлення
TD 4.13.5 Кабель EnterUSB і тест скидання даних
TD 4.14.x
TD 4.14.1 Тест заміни кабелю Vconn
TD 4.14.2 Тест скидання кабелю
TD 4.14.3 Перевірка альтернативного режиму кабелю
TD 4.14.4 Кабель USB 3.2 Тест
TD 4.14.5 Тест кабелю USB4
2. USB PD: тест e-marker
Відповідно до USB PD CTS, перевірте наступні три елементи, пов’язані з кабелем:
Загальні процедури та перевірки
Специфічні тести для фізичного рівня
Специфічні тести протоколу
Кабель LRD має підтримувати tbt3 та підтверджувати, чи правильні оголошення tbt3 та відповідь SOP
Відповідь Cable SOP' Discover Identity
[ID Header VDO] B26 (операція моделі) встановлено на 1b (режим альтернативи)
[ID Header VDO] B29..27 (тип продукту) встановлено на 11b (пасивний кабель)
[Кабель VDO] B2..0 (найвища швидкість USB) встановлено на 010b (USB3.2/USB4 Gen2)
Кабель SOP' TBT Відповідь режиму виявлення VDO
B20..19 (округлений/округлений&підсилювач; немає) встановлено на 01b (обидва)
B21 (оптичний/немає) встановлено на 0 (немає)
B22 (Повторний таймер/Повторний драйвер) встановлено на 0b (Повторний драйвер)
B23 (односторонній/двонаправлений) встановлено на 1b (уні)
B25 (активний/пасивний) до 1b (активний)
3. Вимоги до живлення активного кабелю
3.1. Технічні характеристики ІЧ-перепадів кабелів VBUS і заземлення такі ж, як і для пасивних кабелів
VBUS ІК падіння: ≤500 мВ
Заземлення ІЧ-падіння: ≤250 мВ
3.2. Живлення активного кабелю в основному здійснюється через vconn, а максимальне споживання енергії обмежено
Потужність, споживана vconn ≤ 1,5 Вт
4. Термічний тест
З міркувань безпеки датчик температури має бути встановлений всередині активного кабелю. Коли температура поверхні пластикової оболонки активного кабелю досягне 80 ℃ ˚ C або температура металевої поверхні досягне 55 ˚ C. Передачу даних USB 3.2/usb4 необхідно припинити.
Крім того, температура поверхні активного кабельного штекера та максимальна робоча температура поверхні корпусу не повинні перевищувати температуру навколишнього середовища на 30 ℃ ˚ C. Або температура поверхні металевої оболонки 15 ˚ C。
Температура поверхні (TS) пластикової оболонки активного кабелю в основному включає робочу температуру (TMB) підключеної материнської плати хоста та пристрою, активних компонентів у кабелі та поточної температури навколишнього середовища (TA). Фактичне сертифікаційне випробування в основному поділяється на дві частини: температура поверхні (TS) і термічне відключення. Тестове середовище показано на малюнку нижче:
4.1 Температура поверхні (Ts)
температура поверхні
Як показано на малюнку 3, перевірте з’єднання, змоделюйте материнську плату хоста/пристрою через плату нагрівача теплового приладу при кімнатній температурі та дайте температурі TMB піднятися до (TA + 25) ˚ C) Потім під’єднайте активний кабель і встановіть повне навантаження від хоста до пристрою (включаючи одночасну високошвидкісну передачу даних і навантаження PD 100 Вт). У цей час за допомогою інфрачервоної камери з’ясуйте зону найвищої температури штекера кабелю (рис. 4) і приклейте"теплову пару" пластир при цій високій температурі для температурного тесту (рис. 5). Визначте температуру поверхні пластикової оболонки штекера кабелю та оцініть, чи пройшов тест: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">
Малюнок 4: інфрачервона камера для пошуку області найвищої температури
Малюнок 5:"ThermalCouple" пластир приклеєний до найбільш гарячої ділянки.
4.2 Захист від перегріву теплового відключення
Тестове середовище для захисту від перегріву таке ж, як і вище. Крім того, нагрівальний пластир нанесений на пластикову оболонку кабельної вилки (рис. 6). Почніть нагрівати нагрівальний пластир при кімнатній температурі. Коли температура досягає 85 ℃ ˚ C, визначаються результати тесту: активний кабель повинен зупинити передачу даних USB 3.2/usb4.
Малюнок 6: гнучкий обігрівач
Примітка: щодо обладнання для термічного тестування активного кабелю та супутніх аксесуарів, будь ласка, звертайтеся до OD Liao@luxshare -ict.com
Електричний тест
Для кабелю LRD пасивний кабель все ще використовується в конфігурації кабелю USB 2.0, SBU та CC. Метод тестування та специфікація такі ж, як і для пасивного кабелю. Пара високошвидкісних сигналів TX1 / rx1 / TX2 / rx2 оснащена активними компонентами драйвера. Тестові характеристики відповідають активному кабелю LRD CTS версії 0.8. Тестові завдання в основному поділяються на наступні три пункти:
Тест у частотній області
Часова область – тест окремого кабелю
Часова область – перевірка виводу кабелю
5.1 Тест у частотній області
Інтегрований прибуток-збиток (IRL)
Інтегрована мультирефлексія (IMR)
Маржа каналу операцій (COM)
Малюнок 7: схема підключення S-параметрів, отриманих VNA векторного аналізатора мережі
Для тестових елементів частотної області метод тестування такий же, як і для пасивних кабелів. Параметри S витягуються за допомогою векторного аналізатора мережі VNA. Є 8 файлів s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, двонаправлені) для високошвидкісних диференціальних пар і через програмне забезпечення get_ iPar_ V0p91a для аналізу.
5.2 часовий домен – автономний тест кабелю
Маска для кабелю ilfit (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): втрати вставки
OUTPUT_ Шум (): стандартне відхилення вихідного шуму (без урахування нелінійного шуму)
SIGMA_ E (𝝈): стандартне відхилення вихідного нелінійного шуму
Кабель CM_ Шум: загальний режим змінного струму
Випробування корпусу кабелю (за винятком системи ISI і тремтіння) в основному перевіряє вносимі втрати, вихідний шум, нелінійний шум і загальний режим змінного струму самого кабелю. Тестове підключення показано на малюнку нижче. Під виходом TP2 (як показано в таблиці 4) шаблон, коливання, без тремтіння, без SSC, без налаштувань еквалайзера TX, наприклад"шаблон: prbs15, коливання 800mv, SSC вимкнено, джиттер вимкнено, попередньо встановлений 0 [GG ] quot;, генератор сигналу спочатку підключає найгірший пасивний кабель для перевірки, осцилограф фіксує форму сигналу *. Bin, потім змінює кабель LRD для перевірки та виконує наступний аналіз параметрів за допомогою програмного забезпечення, а потім порівнює кабель LRD. Результат тесту повинен бути рівним або кращим, ніж у пасивного кабелю. Тест повинен охоплювати три швидкості: USB4 Gen2 / Gen3 і USB 3.2 Gen2.
Примітка:"найгірший випадок пасивний кабель" відноситься до пасивного кабелю з максимальними втратами в межах специфікації кабелю, наприклад пасивний кабель USB 3.2 Gen2, 2 м USB4 Gen2 і 0,8 м USB4 Gen3 пасивний кабель.
Рис. 8: схема підключення для перевірки корпусу кабелю
5.3 часова область - перевірка око діаграми виводу кабелю
(Вихід кабелю тест на око)
5.3.1. Тест USB4 Gen2 / Gen3:
Тест на окову діаграму виходу кабелю (включаючи систему ISI і тремтіння) показано на малюнку нижче. Тестове середовище таке ж, як середовище тестування автентифікації хоста/пристрою USB4 RX. Спочатку потрібно виправити тестове середовище USB4 RX. Ви можете безпосередньо керувати генератором шаблонів Anritsu mp1900 через тестовий додаток grl-usb4-rx, як показано на малюнку 9. Відкалібруйте тестове середовище USB4 RX за допомогою keysight або осцилографа Tektronix.
Після калібрування підключіть"гірший випадок пасивний кабель" спочатку під час тесту. Налаштування умов тестування включає виведення prbs31 у шаблоні Gen та встановлення попереднього налаштування USB4 (всього 16 груп). Після того, як сигнал пройде по кабелю, зафіксуйте п'ять осциллограм в осцилографі, і 80 осциллограм необхідно зафіксувати в кожній групі на високій швидкості; Потім, за тих самих умов тестування, зніміть пасивний кабель, замініть кабель LRD і зафіксуйте форму сигналу на осцилографі; Потім діаграму очей, ширину очей та область очей були перевірені та проаналізовані за допомогою програмного забезпечення USB4 sigtest.
Малюнок 10: Тестове підключення виходу кабелю USB4 Gen3 / Gen2, окова діаграма
Визначення USB4 результатів тесту Gen2 / Gen3 (у середньому 5 захоплень):
LRD кабель найкраща область очей ≥ пасивний кабель найкраща область очей
І ширина вічка кабелю LRD ≥ 0,9 * пасивного кабелю
1.3.2. Тест USB Gen2:
Тестове середовище таке ж, як тестове середовище аутентифікації приймача usb3.2 RX. Спочатку потрібно виправити тестове середовище USB 3.2 RX (як показано на малюнку 11). Генератором шаблонів Anritsu mp1900 можна автоматично керувати безпосередньо через програму grl-usb3-rxtest і відкалібрувати за допомогою keysight або осцилографа Tektronix.
Після калібрування в умовах тестування USB 3.2 Gen2 RX виберіть Rx, щоб відкалібрувати середовище PJ @ 100 МГц. Після проходження через прилад і кабель LRD осцилограф фіксує форму сигналу п'ять разів, а потім аналізує її за допомогою програмного забезпечення usb3sigtest і 7 шаблонів CTLE. (usb3 sigtest спочатку має лише один шаблон ctle_5db, і необхідно вручну встановити та доповнити шаблон БД ctle_0db ~ ctle_6)
Оцінка результатів тесту USB 3.2 Gen2 (середнє значення 5 захоплень):
LRD кабель найкраща область очей ≥ пасивний кабель найкраща область очей
І ширина вічка кабелю LRD ≥ 0,9 * пасивного кабелю
резюме
USB type-C широко використовується в комп'ютерах і супутніх периферійних пристроях, а також в пасивних кабелях і активних кабелях. Деякі підтримують лише USB 2.0 і зарядку, а деякі підтримують USB 3.2 і USB4; Усі вони є роз’ємами USB типу C, які підтримують різні можливості та швидкості, що легко ввести користувачів в оману. Асоціація USB також зосереджена на досвіді користувачів і прихильна до кабелю типу C, який може відповідати будь-яким додаткам. У частині активного кабелю специфікація повинна підтримувати двосторонню передачу, позитивний і негативний підключення, двоканальний (x2) тощо. Взявши за приклад активний кабель USB4 LRD, він може підтримувати USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, зарядка PD тощо, щоб задовольнити програму USB типу C за допомогою однієї лінії.
Найбільша відмінність між активним кабелем USB типу C і пасивним кабелем полягає в тому, чи є активні компоненти, що також призводить до різних методів тестування високошвидкісних диференціальних сигналів. Тестування активного кабелю використовує існуючий метод високочастотного тестування хоста і пристрою USB4, а також використовує високочастотний генератор сигналів і високочастотний осцилограф для тестування. Середовище та методи тестування є відносно складними, GRL надає автоматизовані рішення для тестування USB4, що може зменшити складність тестування. GRL має багатий досвід у налаштуванні еквалайзера, підсилення та інших параметрів, а також допомоги клієнтам у налагодженні. GRL також може надавати хост і пристрій USB4, пасивний кабель USB4, активний кабель USB4 та інші послуги з тестування та сертифікації.
Довідка
Специфікація кабелю та роз’єму USB Type-C, випуск 2.1, травень 2021 року
Роз’єми USB Type-C і кабелі в зборі CTS, версія 2.1b, червень 2021 р.
Специфікація вимог до сумісності USB4™ Thunderbolt3™, версія 1.0, січень 2021 року.
USB4 ™ Thunderbolt3 ™ CTS, версія 1.0, січень 2021 р.
USB Power Delivery CTS, версія: 1.2, версія 2, 20 червня 2021 р.
Специфікація функціонального тесту USB Type-C, розділи 4 і 5, 23 травня 2021 р., версія 0.88