Тест и сертифициране на активен кабел USB4 LRD

Спецификацията на активния кабел USB4 следва USB тип-C конектора и спецификацията на кабела. в момента най-новата версия е Rev. 2.1. Добавя се дефиницията на EPR (разширен обхват на мощността) кабел и ECN (известие за инженерна промяна) на предишния активен кабел е интегрирано в тази версия. Нека' да разгледаме активния кабел USB тип-C.

USB 3.2 къс активен кабел

USB4 къс активен кабел

USB 3.2 оптически изолиран активен кабел (OIAC)

Сред тях OIAC е кабел с оптични влакна с дължина 50 метра. Понастоящем е определено, че може да поддържа най-много скорост на USB 3.2 Gen2 (но не поддържа захранване USB2.0 и VBUS), което се използва главно за промишлени крайни, машинно виждане, дистанционни сензори, професионални видео и медицински приложения. Въпреки това, електрическата спецификация на USB4 линеен оптичен активен кабел не е дефинирана; След това ще представим частта от късия активен кабел.

Къс активен кабел активен кабел

В рамките на 5 метра дължина

Необходими са пълнофункционални type-C и USB PD 3.0 eMarker

Изисква се да поддържа двупосочно и положително и отрицателно вмъкване

Според възможностите за поддръжка, той може да бъде разделен на USB 3.2 и USB4 активни кабели

USB 3.2 активен кабел:

-USB 3.2 Gen 2x2 (10GHz двоен канал) трябва да се поддържа

* не са разрешени активни кабели, поддържащи само един канал (x1).

-Допълнителна поддръжка на режим Alt

USB4 активен кабел:

-Всички скорости на USB 3.2 и USB4 (двуканални) трябва да се поддържат

-Tbt3 alt режим трябва да се поддържа

Изискванията за кабели на VBUS, vconn, CC и USB 2.0 са в съответствие с изискванията на пасивните кабели

Активният кабел трябва да се захранва от vconn

Активният кабел съдържа компоненти за повторител, като re timer или re driver, главно за високоскоростни сигнали TX1, TX2, rx1 и rx2. Разработването на Re timer е сложно и скъпо. Кабелът за линейно преобразуване (LRD), доминиран от re driver, има характеристиките на ниска сложност, ниска консумация на енергия и ниска цена. Въпреки че едва по-късно беше добавен към USB екосистемата и включен в спецификацията на USB тип-C, LRD кабелът беше въведен за първи път на пазара. Например, двуметровият кабел thunderbolt 4 с 40Gbps е LRD кабелът, поддържащ USB4.

Основните компоненти на LRD кабела включват RX еквалайзер и изходен драйвер, които са съответно отговорни за компенсиране на загубата на кабела, регулиране на усилването на DC и регулиране на размера на изходния преемфас и сигнал, както е показано на фигурата по-долу.

Тъй като LRD кабелът няма CDR (възстановяване на данни за часовник), трептене и шум, получени на входа на кабела, ще се прехвърлят към изхода на кабела; В същото време RX EQ може също да усилва високочестотния шум; Поради добавянето на активни компоненти, импедансът на под картата ще бъде прекъснат; Освен дългите кабели, лесно е да се предизвика несъответствие на дължината и голямо pn изкривяване в производствения процес, което води до AC общ режим, надхвърлящ спецификацията. Въз основа на горните точки при проектирането трябва да се вземе предвид следното:

Високочестотен шум, причинен от кабели

Дали EQ вътре в кабела е правилно балансиран и дали сигналът е недостатъчен или пребалансиран?

Съвпадение на импеданса на допълнителни компоненти вътре в активния кабел

Pn изкривяване на високоскоростна двойка кабели

Поддръжка на LRD кабелна функция и обявяване на eMarker

Посочено е в таблица 6-3 на USB тип-C конектор&усилвател; кабел Rev 2.1 спецификация (както е показано в Таблица 2), USB4 пасивен кабел и USB4 активен кабел (с изключение на OIAC) трябва да поддържат USB4, usb3, USB2 и tbt3.

По-специално, USB4 LRD кабелът е активен кабел, но в настройката VDO на ID заглавката на eMarker, B29... B27 трябва да бъде деклариран като пасивен кабел (011b) и деклариран с помощта на пасивен кабел VDO. Тъй като LRD кабелът е включен в спецификацията на USB на по-късен етап, той трябва да бъде основно съвместим с tbt3 продукти на пазара. Тя трябва да бъде декларирана като пасивна. Въпреки че типът на продукта е деклариран като пасивен, откриването на tbt3 ще продължи в процеса на комуникация на USB4 discover_ SVID (0x8087) и след това ще прецени дали е"USB4 с активен кабел tbt3 gen3".

Usb-if пуска ново лого и икона на USB4

Usb-if проведе семинара USB devday 2021 в Сиатъл (30 септември до 1 октомври) и пусна новото лого и икона за номинална мощност на кабел USB тип-C в комбинация със спецификацията EPR (разширен обхват на мощност), както е показано на таблицата по-долу, така че потребителите да могат бързо да идентифицират скоростта и мощността, поддържани от USB продуктите. Кабелът, първоначално поддържащ 100W (20V / 5A), вече не се използва; Кабелът, поддържащ 5A, трябва да поддържа EPR 240W (48V / 5A).

Таблица 3: ново сертифицирано лого и икона на кабел USB тип-C (източник: usbdevdays 2021)

Активният кабел на LRD добавя драйвер за активен компонент, за да направи дължината на носещата част на кабела по-дълга. При практическа употреба и тест за сертифициране концепцията е, че производителността на LRD кабела трябва да бъде в съответствие или дори по-добра от тази на пасивния кабел. Тоест, при същата настройка на тестовата среда, lrdкабелът трябва да бъде равен или по-добър от пасивния кабел в сравнение с пасивния кабел.

Тестовите елементи за сертифициране на LRD включват:

USB-c функционален тест

Тест за USB PD e-marker

Активно захранване на кабела: IR спад и консумация на енергия

Термична защита от прегряване

Тест за електрически характеристики на LRD

Тест за съвместимост с LRD кабел (все още се обсъжда)

Подробният електрически тест на LRD кабела е както следва:

1. USB-c функционален тест

Според спецификацията на теста на функцията usb-c, тестът на кабела е както следва:

TD 4.1.3 Тест на кабел без захранване

TD 4.13.5 Кабел EnterUSB и тест за нулиране на данни

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Тест за размяна на кабел Vconn

TD 4.14.2 Тест за нулиране на кабела

TD 4.14.3 Тест за алтернативен режим на кабел

TD 4.14.4 Кабел USB 3.2 Тест

TD 4.14.5 Кабел USB4 Тест

2. USB PD: тест за електронен маркер

Според USB PD CTS тествайте следните три елемента, свързани с кабела:

Общи процедури и проверки

Специфични тестове за физическия слой

Специфични за протокола тестове

LRD кабелът трябва да поддържа tbt3 и да потвърждава дали съобщението за tbt3 и отговора на SOP са правилни

Отговор на Cable SOP' Discover Identity

[ID Header VDO] B26 (работа на модела) е зададен на 1b (алтернативен режим)

[ID Header VDO] B29..27 (тип продукт) настроен на 11b (пасивен кабел)

[Cable VDO] B2..0 (USB най-висока скорост) е настроен на 010b (USB3.2/USB4 Gen2)

Cable SOP' TBT Discover Mode VDO отговор

B20..19 (закръглен/закръглен&усилвател; няма) зададен на 01b (и двете)

B21 (оптичен/няма) настроен на 0 (няма)

B22 (Re-таймер/Повторно управление) е настроено на 0b (Re-driver)

B23 (Uni/Bi-directional) настроен на 1b (Uni)

B25 (активен/пасивен) до 1b (активен)

3. Изисквания за захранване на активния кабел

3.1. Спецификациите на IR спад на VBUS и заземяващите кабели са същите като тези на пасивните кабели

VBUS IR спад: ≤500 mV

Спадане на инфрачервения сигнал на земята: ≤250 mV

3.2. Захранването на активния кабел е основно през vconn, като максималната консумация на енергия е ограничена

Консумирана мощност от vconn ≤ 1,5W

4. Термичен тест

От съображения за безопасност, вътре в активния кабел трябва да се настрои температурата. Когато температурата на повърхността на пластмасовата обвивка на активния кабел достигне 80 ℃ ˚ C или температурата на металната повърхност достигне 55 ˚ C. Преносът на данни USB 3.2/usb4 трябва да бъде спрян.

Освен това температурата на повърхността на активния кабелен щепсел и максималната работна температура на повърхността на корпуса не трябва да надвишават температурата на околната среда с 30 ℃ ˚ C. Или температура на повърхността на металната обвивка 15 ˚ C。

Повърхностната температура (TS) на пластмасовата обвивка на активния кабел включва основно работната температура (TMB) на свързаната дънна платка на хост и устройство, активните компоненти в кабела и текущата температура на околната среда (TA). Действителният тест за сертифициране е разделен главно на две части: температура на повърхността (TS) и термично изключване. Тестовата среда е показана на фигурата по-долу:

4.1 Температура на повърхността (Ts)

температура на повърхността

Както е показано на фигура 3, тествайте връзката, симулирайте дънната платка на хост/устройството през платката на нагревателя на термичния тест при стайна температура и оставете температурата на TMB да се повиши до (TA + 25) ˚ C) След това свържете активния кабел и настройте пълно натоварване от хоста към устройството (включително едновременно високоскоростно предаване на данни и PD 100W натоварване). В този момент използвайте инфрачервената камера, за да разберете зоната с най-висока температура на щепсела на кабела (фиг. 4), и залепете"термичната двойка" пластир при тази висока температура за температурен тест (фиг. 5). Открийте повърхностната температура на пластмасовата обвивка на щепсела на кабела и преценете дали тестът е преминал: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Фигура 4: инфрачервена камера за намиране на зоната с най-висока температура

Фигура 5:"Термична двойка" пластирът е прилепнал към най-горещата зона.

4.2 термично изключване защита от прегряване

Тестовата среда за защита от прегряване е същата като по-горе. В допълнение, нагревателният пластир е покрит върху пластмасовата обвивка на кабелния щепсел (фиг. 6). Започнете да нагрявате нагревателния пластир при стайна температура. Когато температурата достигне 85 ℃ ˚ C, се определят резултатите от теста: активният кабел трябва да спре USB 3.2/usb4 предаването на данни.

Фигура 6: гъвкава нагревателна лепенка

Забележка: за активно кабелно термично тестово оборудване и свързани аксесоари, моля, свържете се с OD Liao@luxshare -ict.com

Електрически тест

За LRD кабел, пасивният кабел все още се използва в конфигурация на USB 2.0, SBU и CC кабел. Методът и спецификацията на теста са същите като тези на пасивния кабел. Високоскоростната сигнална двойка TX1 / rx1 / TX2 / rx2 е оборудвана с активни компоненти за повторно драйвер. Тестовите спецификации са в съответствие с LRD активен кабел CTS версия 0.8. Тестовите елементи са основно разделени на следните три елемента:

Тест за честотен домейн

Времева област – самостоятелен кабелен тест

Времеви домейн – очен тест на кабелния изход

5.1 тест в честотната област

Интегрирана възвръщаемост-загуба (IRL)

Интегрирано мулти-отражение (IMR)

Марж за работа на канала (COM)

Фигура 7: диаграма на свързване на S параметри, заснети от VNA на векторния мрежов анализатор

За тестовите елементи в честотната област методът на изпитване е същият като този на пасивните кабели. S параметрите се извличат от векторен мрежов анализатор VNA. Има 8 s4p файла (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, двупосочни) за високоскоростни диференциални двойки и чрез софтуер get_ iPar_ V0p91a за анализ.

5.2 времева област – самостоятелен тест за кабел

Кабелна маска (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): загуба при вмъкване

OUTPUT_ Шум (𝈈): стандартно отклонение на изходния шум (с изключение на нелинейния шум)

SIGMA_ E (𝝈): стандартно отклонение на изходния нелинеен шум

Кабел CM_ Шум: AC общ режим

Тестът на корпуса на кабела (с изключение на системата ISI и трептене) основно тества загубата на вмъкване, изходния шум, нелинейния шум и AC общия режим на самия кабел. Тестовата връзка е показана на фигурата по-долу. Под изхода TP2 (както е показано в Таблица 4) модел, замах, без трептене, без SSC, без настройки на TX EQ, като"модел: prbs15, замах 800mv, SSC изключен, трептене изключен, предварително зададено 0 [GG ] quot;, генераторът на сигнал първо свързва най-лошия пасивен кабел за тест, осцилоскопът улавя формата на вълната *. Bin, след това сменя LRD кабела за тест и извършва следния анализ на параметрите чрез софтуера, След това сравнете LRD кабела. Резултатът от теста трябва да бъде равен или по-добър от пасивния кабел. Тестът обхваща три скорости: USB4 Gen2 / Gen3 и USB 3.2 Gen2.

Забележка:"най-лошия случай пасивен кабел" се отнася за пасивен кабел с максимална загуба при вмъкване в спецификацията на кабела, като 1 m USB 3.2 Gen2 пасивен кабел, 2 m USB4 Gen2 пасивен кабел и 0,8 m USB4 gen3 пасивен кабел.

Фиг. 8: схема на свързване за тестване на корпуса на кабела

5.3 времева област - тест за очна диаграма на кабелния изход

(Очен тест на изхода на кабела)

5.3.1. USB4 Gen2 / Gen3 тест:

Тестът на свързването на кабелната изходна очна диаграма (включително ISI на системата и трептене) е показан на фигурата по-долу. Тестовата среда е същата като тестовата среда за удостоверяване на автентичността на USB4 хост/устройство RX приемник. Първо трябва да се коригира средата за тестване на USB4 RX. Можете директно да управлявате генератора на шаблони Anritsu mp1900 чрез тестовото приложение grl-usb4-rx, както е показано на Фигура 9, Калибрирайте тестовата среда USB4 RX с Keysight или Tektronix осцилоскоп.

След калибриране свържете"по-лошия случай пасивния кабел" първо по време на теста. Настройката на тестовите условия включва извеждане на prbs31 в модел Gen и настройка на USB4 предварително зададена (общо 16 групи). След като сигналът премине през кабела, заснемете пет вълнови форми в осцилоскопа и 80 вълнови форми трябва да бъдат уловени във всяка група с висока скорост; След това, при същите условия на изпитване, отстранете пасивния кабел, сменете LRD кабела и заснемете формата на вълната на осцилоскопа; След това очната диаграма, ширината на очите и зоната на очите бяха тествани и анализирани със софтуер USB4 sigtest.

Фигура 10: USB4 gen3 / Gen2 кабелна изходна очна диаграма тестова връзка

USB4 определяне на резултатите от теста Gen2 / Gen3 (средно 5 заснема):

LRD кабел най-добра зона около очите ≥ пасивен кабел най-добра зона около очите

И ширината на окото на LRD кабела ≥ 0,9 * пасивен кабел

1.3.2. USB Gen2 тест:

Тестовата среда е същата като тестовата среда за удостоверяване на usb3.2 RX приемник. Първо трябва да се коригира средата за тестване на USB 3.2 RX (както е показано на Фигура 11). Генераторът на шаблони Anritsu mp1900 може автоматично да се управлява директно чрез приложението grl-usb3-rxtest и да се калибрира с keysight или Tektronix осцилоскоп

След калибриране, при тестовите условия на USB 3.2 Gen2 RX, изберете Rx, за да калибрирате PJ при 100MHz среда. След преминаване през приспособлението и LRD кабела, осцилоскопът улавя формата на вълната пет пъти и след това я анализира със софтуер usb3sigtest и 7 шаблона CTLE. (usb3 sigtest има само един шаблон ctle_5db първоначално и е необходимо ръчно да зададете и допълните ctle_0db ~ ctle_6 DB шаблон)

Преценка на резултатите от теста на USB 3.2 Gen2 (средна стойност от 5 заснема):

LRD кабел най-добра зона около очите ≥ пасивен кабел най-добра зона около очите

И ширината на окото на LRD кабела ≥ 0,9 * пасивен кабел

обобщение

USB type-C се използва широко в компютрите и свързаните с тях периферни устройства, както и в пасивни кабели и активни кабели. Някои поддържат само USB 2.0 и зареждане, а някои могат да поддържат USB 3.2 и USB4; Всички те са USB тип-C конектори, които поддържат различни възможности и скорости, което е лесно да объркате потребителите. USB асоциацията също се фокусира върху потребителското изживяване и се ангажира с кабел тип-C, който може да отговаря на всички приложения. В частта с активен кабел спецификацията трябва да поддържа двупосочно предаване, положителен и отрицателен plug-in, двоен канал (x2) и т.н. Като пример за активен кабел USB4 LRD, той може да поддържа USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, PD зареждане и др., за да отговарят на приложението USB тип-C с една линия.

Най-голямата разлика между активния кабел USB тип-C и пасивния кабел е дали има активни компоненти, което също води до различни методи за тестване на високоскоростни диференциални сигнали. Тестът на активния кабел приема съществуващия високочестотен метод за тестване на USB4 хост и устройство и използва високочестотен генератор на сигнали и високочестотен осцилоскоп за тестване. Тестовата среда и методите са сравнително сложни, GRL предоставя автоматизирани решения за тестване за USB4 тестване, което може да намали сложността на тестването. GRL има богат опит в регулирането на EQ, усилването и други параметри и подпомага клиентите при отстраняване на грешки. GRL може също да предостави USB4 хост и устройство, USB4 пасивен кабел, USB4 активен кабел и други услуги за тестване и сертифициране.

Справка

Спецификация на USB Type-C кабел и конектор, версия 2.1, май 2021 г

USB Type-C конектори и кабелни сглобки CTS, ревизия 2.1b, юни 2021 г.

Спецификация на изискванията за съвместимост на USB4™ Thunderbolt3™, версия 1.0, януари 2021 г.

USB4™ Thunderbolt3™ Съвместимост CTS, ревизия 1.0, януари 2021 г.

USB Power Delivery CTS, ревизия: 1.2, версия 2, 20 юни 2021 г.

Спецификация за функционален тест на USB Type-C, глава 4 и 5, 23 май 2021 г., версия 0.88