本文总结高速串行总线 USB 技术及测试概览 ¹。

Update: 2022 / 10 / 10

USB | 1. 技术演进及测试概览

目录
- 应用场景
- - 发展
  - - USB 2.0
    - 接口
    - 设备
    - 组织
    - 互操性
  - TypeC 接口
  - - 特点
    - TypeC 与 Micro B 对比
    - TypeC pin 脚
    - - 正插
      - 反插
  - USB 设备枚举
  - 接口转换
- USB 2.0 一致性
- - 高速信号测试
  - 测试装置
- USB 3 / 4 现状
- - 测试装置
  - - 测试 Rx
参考链接

时间节点	里程碑
1996	USB 1.0: 低速1.5 Mb/s，高速12 Mb/s
2000	USB 2.0: 高速480 Mb/s
2008	USB 3.0: 5 Gb/s
2014	Type-C v1.0
2015	Type-C v1.1 Connector

接口种类	描述
`Standard A`	4个pin脚，`Data+` 和 `Data-` 在中间；
`Standard B`	同 `Standard A` 相比，更集中化。
`micro B`	利用凹槽将 `USB 3.0` 和 `USB 2.0` 的信号分离。

节点	描述
`upstream`	`hosts`
`downstream`	`device`，比如 `HDD`，`Flash drive`，`tablets`，`adaptors`。
`upstream` & `downstream`	`USB Hub`

通道模型	描述
`Short Channel`	直接连接，short end。
`Long Channel`	通过连接线连接，far end。
`HSIC`	PCB板上有2个 `chip`，`chip` 之间可通过 `High Speed Inter Connect` 实现高速内部互联，可取代 `I2C`。

特点	描述
`power delivery`	可以用以充电，比如 `100W`。
`type-c`	支持正反插。不管正插还是反插，都可以正常使用。
`Alternate Mode`	可以配置为其他应用，比如 `display port`，`thunderbolt`，`HDMI`，`PCIE`。
`USB IF`	高速传输速度。

`Micro B`	`Type-C`
	形状更加圆滑，可正反插
	尺寸更小，小25%左右
	2对高速串行线，`TX1` 和 `TX2`
	传统的1对 `D+` 和 `D-` 得以保留。

pin脚	描述
`GND`	`Cable Ground`，接地线。
`Tx` / `Rx`	高速信号传输路线
`Cable bus Power`	供电
`CC`	1. 识别插入的device是正插还是反插，并做相应的配置; 2. 在充电时作沟通
`SBU`	`Sideband use`，只在 `Alt-mode` 下起作用。
`D`	`USB 2.0` 的传统pin脚。

test for legacy devices	test for high speed test
- 信号质量 - inrush 电流 - drop & droop	- 信号质量 / 眼图 - 封包参数 - 接收灵敏度，通常会有一个信号发出器然后确定device是否有响应 - 时机（暂停、恢复、重置、噪声），通常是让device进入某种状态然后测量相应的timing - 单调性

测试内容按设备端分类如下：

Host	Device	Hub
- 信号质量 - 封包参数 - drop & droop - 时机（暂停、恢复、重置、噪声）	- 信号质量 - inrush current - 接收灵敏度	- `upstream` & `downstream`

高速信号测试

目的是模糊测试设备的基础电子功能是否符合要求。

测试内容大致分类如下：

测试	描述
眼图测试	查看眼图是否会压到测试模板。
信号速率
封包结束处的宽度
一致性测试
上升及下降时间

设备需求是示波器，如果测试 USB 2.0 的高速信号测试通常需要 2 GHz 或者更高频率，

测试装置

配置设备可参照下图，

将 DUT 插入夹具，再从夹具引出信号线接入示波器，PC用来发送不同的数据包或者指令（暂停、重置等）给到 DUT。

USB 3 / 4 现状

对于 Gen 1 类型时，8b / 10b 每10个bit 被翻译为 8个bit，开销较大。

对于 Host 或者 Device 有不同的消损开销。

测试装置

配置设备可参照下图，

测试 Rx

误码仪如下所示：

误码仪的工作原理大致如下：

使用误码仪的包含压力（伴随抖动、噪声等）的信号发生器发送质量较差的信号到板子上，板子对信号进行 loop back，发送回误码仪的 error counter。
error counter 对发出和收回的波形进行对比，检测有几个bit的错误，即了解板子的性能究竟如何。

loop back 的实现是在夹具刚开机时，从误码仪发送LFPS信号，训练误码仪和DUT之间的loop back模式。

参考链接

泰克直播大讲堂第六期——通用串行总线USB技术演进及测试方案 ↩︎

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正插

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