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[资料] 德州仪器(TI)了解和进行USB 2.0 物理层测试应用指南

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发表于 2022-10-30 12:00:04 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
引言
涉及USB 2.0设备设计、检测和验证的工程师每天都面临着加快新产品开发周期的压力。通过泰克完善的系列工具,设计人员可以迅速准确地执行USB实现者论坛组织(USB-IF)推荐的所有一致性测试。

通用串行总线 (USB 2.0)是一种连接规范,它面向的是计算机外部连接的外设,以消除打开计算机机箱、为某些设备安装所需板卡的麻烦。对用户来说,USB标准设备意味着易用性、扩展能力和速度。

USB 2.0 设备设计人员必须正确检定设计,验证是否满足行业标准,然后设备制造商才能在包装上贴上“通过认证”的USB-IF 标志。相应的工具集对USB-IF一致性测试的性能至关重要,如低速、全速和高速设备和集线器的眼图和参数测试。

本应用指南将重点集中在了解和进行USB 2.0物理层测量和电气特性一致性测试(电气特性和高速测试),并讨论每种测试要求的仪器。

USB 2.0 基础知识
USB 2.0 是一种采用4 线系统的串行总线:VBUS, D-,D+ 和接地。D- 和D+ 是主要的信息载体。VBUS 为设备供电,从主机或集线器获得主电源。

USB 2.0 描述的速度选项和上升时间如下:

数据速率上升时间
低速(LS)1.5 Mb/s75 ns - 300 ns
全速(FS)12 Mb/s4 ns - 20 ns
高速(HS)480 Mb/s500 ps


USB 2.0 设备可以自行供电(有自己的电源),也可以由总线供电(通过主机获得电源)。自行供电的设备必须吸收尽可能少的电源。USB 2.0 规范列出了这方面的测试。

USB 2.0 电接口测试
USB 2.0电接口测试包括信号质量、浪涌电流及下跌和
衰落测试。
信号质量测试
保持信号质量是保证USB 2.0设备满足标准、获得USB2.0 认证标志的关键之一。
信号质量测试包括:
  • 眼图测试
  • 信号速率
  • 包结尾(EOP)宽度
  • 交叉点电压范围
  • JK 对抖动
  • KJ 对抖动
  • 连续抖动
  • 上升时间
  • 下降时间
眼图测试是唯一的、也是串行数据应用中同类第一个测试。

信号质量测试设置对上行测试和下行测试不同。在上行测试中,捕获从设备发送到主机的信号,而在下行测试中,则捕获从主机发出的信号。下行测试通常在集线器的多个端口上执行。

图1. DPO7254 上运行的TDSUSB2。

图1. DPO7254 上运行的TDSUSB2。

图1. DPO7254 上运行的TDSUSB2。

在执行一致性测试时,必需设置最坏情况USB 2.0拓扑场景,保证充足的测试余量。设备在第6 层中测试,以保证最坏情况场景。此外,每个集线器等级都称为一层。被测集线器(HUT)插入第5 层中,以便在第6 层工作。

测试设备
信号质量测试要求带宽在2.5 GHz 以上的实时示波器(如DPO7254)和单端(低速和全速)探头,差分(高速)探头(如分别对应的P6245*1 和P6248*1 以及TAP2500 和TAP1500)。此外,这一测试要求测试软件和测试夹具,如TDSUSB2 一致性测试软件。

图1显示了DPO7254上选装的USB一致性测试软件和TDSUSBF 的操作。这一测试软件全面实现信号质量测试过程自动化,允许设计人员在设计上快捷简便地执行测试。

用户必须为特定信号速度(低速、全速或高速)选择要执行的测量。然后必须根据层(DUT 连接的层)、测试点(DUT 的测试点—近端或远端)和业务方向(上行测试或下行测试)配置应用软件,如图2 所示。在完成这两步之后,用户运行应用软件。
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测试软件消除了麻烦耗时的手动示波器设置、光标放置及与USB 2.0规范比较测试结果的过程。结果自动显示为摘要和详细结果,如图3 所示。

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