全方位解析USB 3.0测试方法(下)
CP1是用于RJ校准的时钟图案。许多仪器在RJ测量时采用dual-Dirac随机与确定性抖动分离方法。使用时钟图案可以避免dual-Dirac方法的一些缺陷,例如将DDJ报告为RJ,特别是针对长图案。通过使用时钟图案,作为ISI结果的DDJ将从抖动测量中消除,从而形成更精确的RJ测量结果。
在图案发生器和分析仪之间的有损通道(即USB 3.0参考通道和电缆)将导致垂直和水平方向表现为眼图关闭的频率相关损耗(图6)。为了解决这种损耗问题,需要使用发送端去加重技术提升信号中的高频分量,从而使BER为10-12或更高的工作链路有足够好的接收眼图。
从这些眼图可以看出,没有去加重时所有幅度名义上都是相同的。采用去加重后,跳变沿比特的幅度要高于非跳变沿比特的幅度,从而有效提升了信号的高频分量。
在通过有损通道和电缆后,没有经过去加重处理的信号将受到码间干扰(ISI)的影响,眼图开度要比经过了去加重的信号小。同时,采用去加重的信号是全开的。从这里可以看出,去加重程度会影响ISI和DDJ的程度,进而影响接收端的眼图开度。
在同步数字系统(包括USB 3.0)中经常使用SSC来减小电磁干扰(EMI)。如果不使用SSC,数字流频谱中的载频(即5Gbps)及其谐波处会出现大幅度的尖峰,并且有可能超过调整极限(图7)。
为了防止出现这个问题,可以用SSC扩展频谱能量。在这个案例中载频被一个三角波所调制。用于接收端测试的频率“扩展”量是5000ppm或25MHz,频率调制周期为33kHz或每隔30μs,即三角波的一个周期。经过SSC后,频谱中的能量得到了扩展,不会再有单个频率破坏规范极限。
如前所述,USB 3.0中的接收侧均衡可以改善被码间干扰损伤的信号,这种码间干扰是由于参考通道和电缆中的频率相关损耗引起的。这种概念等同于去加重——通过信号处理方法提升信号中的高频分量。
虽然设备或主机中的接收端均衡电路与具体实现有关,但USB 3.0标准为一致性测试规定了CTLE(图8)。这种CTLE必须在进行一致性测试测量(都是针对发送端测试,在本例中是接收端受压眼图校准)之前,由误码率测试仪(BERT)或示波器等参考接收端实现,并且通常采用软件模拟的方式。
使用CTLE模拟进行抖动测量主要影响由信号处理方法引起的抖动,即ISI。CTLE模拟不影响与数据图案(如RJ和SJ)不相关的抖动分量,虽然根据一致性测试规范(CTS)这两种测量都要求使用CTLE。另一方面,眼图高度会直接受到影响,因为ISI影响测量。
抖动测量时必须使用具有一致性抖动转移函数(JTF)的时钟恢复“黄金PLL”,如图9中的蓝线所示。JTF表明了有多少抖动从输入信号转移到下游分析仪。在本例中,-3dB截止频率是4.9MHz。
在更低的SJ频率(沿着JTF的倾斜部分,此处的PLL环路响应是平坦的),恢复时钟跟踪数据信号上的抖动。这样,相对于时钟的数据抖动将按照JFT得到衰减。在较高的SJ频率点,JTF变平,PLL响应向下倾斜,信号中的SJ部分被转移到下游分析仪。除了受压眼图校准期间的SJ外,所有测量都规定要使用一致性JTF。
一旦受压眼图完成校准,接收端测试就可以开始了。USB 3.0与以前的USB 2.0不同,要求进行BER测试。采用抖动容限测试形式的BER测试仅是接收端测试要求的测试项目。抖动容限测试使用最差输入信号条件试验接收端(受压眼图的校准见前面部分)。在受压眼图顶部,围绕JTF的-3dB截止频率且覆盖一定频率范围的一系列SJ频率和幅度被注入测试信号,同时由误码检测器监视接收端的错误或比特误码,并计算BER。
本文小结
随着USB 3.0开始走向主流,需要对发送端和接收端进行成功的一致性和认证测试,这是将新产品推向市场的关键。这些产品不仅要求能与其它USB 3.0设备一起工作,而且要满足消费者对各种条件下的性能和可靠性的期望值。
性能的急剧提高带来了许多新的测试要求,也使得设计和认证比前代标准更具挑战性。幸运的是,有一整套测试工具和资源可以用来协助SuperSpeed USB商标认证。
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