USB（通用串行總線）標(biāo)準(zhǔn)是目前被廣泛采用的外部總線標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹了USB的發(fā)展歷程，并對(duì)目前市面上主流的USB4^TM標(biāo)準(zhǔn)和USB 3.2 標(biāo)準(zhǔn)的接收端測(cè)試要求和方案進(jìn)行介紹。

USB接口發(fā)展歷程

USB 是 Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫(xiě)，是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦和外部設(shè)備之間的連接和通訊。在其由1996年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合推出后，逐漸替代了串口和并口，被廣泛用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備等產(chǎn)品，成為當(dāng)今電腦和幾乎所有智能設(shè)備的必備接口。USB接口支持設(shè)備熱插拔功能，可以做到即插即用。

現(xiàn)有的USB規(guī)范可以被分為USB 2.0、USB3.2及USB4^TM。下面對(duì)各規(guī)范的發(fā)展歷程進(jìn)行介紹。

USB1.0&USB1.1

USB在設(shè)計(jì)之初，主要目的是要設(shè)計(jì)一個(gè)通用的外設(shè)接口，統(tǒng)一如RS232等各類(lèi)的接口，解決針式接口易損壞的問(wèn)題，同時(shí)采用便于插拔的非卡扣式設(shè)計(jì)。USB 1.0規(guī)范在 1996 年出現(xiàn)時(shí)，速率只有1.5 Mbps。隨著USB 1.1 規(guī)范于1998年被發(fā)布，速率相較于前代，提升了8倍，為12 Mbps，同時(shí)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)USB Hub 的支持。

USB 2.0

USB 2.0 規(guī)范由USB 1.1 規(guī)范演變而來(lái)，于2000年被發(fā)布。其傳輸速率達(dá)到了480 Mbps，同時(shí)向下兼容USB 1.1 和USB 1.0 標(biāo)準(zhǔn)。能讓移動(dòng)設(shè)備直連U盤(pán)的OTG 技術(shù)也在當(dāng)時(shí)一同被提出。同時(shí)USB-IF將原先的USB 1.1 和USB 1.0 全部“更名”為USB2.0, 并以“USB2.0 Low Speed”、“USB2.0 Full Speed”、“USB2.0 Hi-Speed”對(duì)不同速率進(jìn)行區(qū)分。在產(chǎn)品認(rèn)證方面，圖標(biāo)也發(fā)生了變化。

USB3.0 & USB3.1 & USB3.2

2008年，全新的USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)被正式發(fā)布，由于接口定義和電氣形狀都發(fā)生了改變，USB 3.0 的速率也提升至了5G bps，同時(shí)改用了藍(lán)色接口作為新標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)。2013年，USB 3.1規(guī)范正式發(fā)布，其接口速率再次翻倍，提升至10 Gbps，同時(shí)引入全新Type-C測(cè)試接口，提升接口供電能力。隨后USB-IF 將USB3.0 更名為USB3.1 Gen1， USB3.1 更名為USB3.1 Gen2。USB3.2規(guī)范于2017年被提出，傳輸速率翻倍至20 Gbps。USB 3系列再次更名，USB3.0 更名為USB 3.2Gen1，USB 3.1 更名為 USB 3. 2 Gen2x1, USB3.2 更名為USB3.2 Gen2x2。

USB4^TM

近期，USB4^TM標(biāo)準(zhǔn)被正式發(fā)布，除了速率翻倍提升至 40 Gbps外，廢棄了除Type-C之外的全部接口類(lèi)型規(guī)范，同時(shí)名稱也顯著區(qū)別于此前版本。與之前USB版本相比，USB4除具有最大速率 40 Gbps的優(yōu)點(diǎn)外，還有可與Thunderbolt 3設(shè)備兼容的特性。同時(shí)對(duì)于視頻資源會(huì)有更好的分配。

下表對(duì)于USB的各個(gè)協(xié)議版本進(jìn)行了歸類(lèi)，可以更直觀的看出USB標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程：

USB4^TM和USB3.2的測(cè)試要求

對(duì)于目前廣泛采用的USB4^TM和USB 3.2標(biāo)準(zhǔn)，其物理電氣特性主要區(qū)別如下表所示：

除數(shù)據(jù)速率存在區(qū)別外，不同標(biāo)準(zhǔn)采用的編碼方式、加重參數(shù)，接收端均衡參數(shù)都有不同要求。每種協(xié)議支持的線纜長(zhǎng)度決定了不同標(biāo)準(zhǔn)下鏈路損耗的區(qū)別，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)需要詳細(xì)評(píng)估。此外，對(duì)于USB標(biāo)準(zhǔn)中的LFPS信號(hào)，也有了不同定義。

針對(duì)于不同標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)試方法也會(huì)有所區(qū)別。下面以接收端測(cè)試為例進(jìn)行說(shuō)明。

USB4^TM接收端的測(cè)試點(diǎn)定義如下圖所示，TP3和TP3’是接收端的測(cè)試點(diǎn)，其中TP3’在Router組件接收端輸入的插頭側(cè)。TP3位于無(wú)源電纜遠(yuǎn)端的USB Type-C接頭輸出。

在進(jìn)行電氣性能的接收端測(cè)試時(shí)，使用無(wú)Pre-Coding或者FEC情況下的獨(dú)立模式進(jìn)行測(cè)試，基于誤碼儀發(fā)出的PRBS碼型進(jìn)行，這是由于評(píng)定編碼后的誤碼表現(xiàn)需要極長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間。

接收端測(cè)試對(duì)于測(cè)試儀表也會(huì)有所要求。測(cè)試儀表需要支持標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的速率，同時(shí)支持通過(guò)校準(zhǔn)生成符合協(xié)議要求的壓力信號(hào)，且支持抖動(dòng)容限測(cè)試能力。

上圖為安立公司的全自動(dòng)化USB4^TM測(cè)試方案，可以通過(guò)自動(dòng)化軟件進(jìn)行壓力信號(hào)校準(zhǔn)和測(cè)試，以減少設(shè)計(jì)驗(yàn)證的時(shí)間。此方案支持了USB4^TM協(xié)議中規(guī)定的兩種測(cè)試配置（Case1：低插入損耗、Case2：最大插入損耗）和20種壓力信號(hào)條件的測(cè)試，如下圖所示。

USB3.2 的接收端測(cè)試要求與USB4^TM測(cè)試要求有些許區(qū)別，除上述要求外，對(duì)測(cè)試儀表能夠支持鏈路訓(xùn)練功能，支持發(fā)送和接收LFPS、LBPM信號(hào)，支持插入和識(shí)別SKP序列，及抖動(dòng)容限測(cè)試，測(cè)試架構(gòu)示意如下。

總結(jié)

隨著USB4^TM規(guī)范的確定，蘋(píng)果M1芯片最先支持USB4并商用，進(jìn)一步加快了USB4^TM的普及速度。同時(shí)，隨著速率的大幅度提升，產(chǎn)品的電氣特性評(píng)估尤顯重要。如何進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠以及穩(wěn)定的測(cè)試驗(yàn)證越發(fā)挑戰(zhàn)。

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