USB4 LRD aktiv kabeltest og sertifisering
Oct 25, 2021
Legg igjen en beskjed
USB4-spesifikasjonen for aktiv kabel følger USB type-C-kontakten og kabelspesifikasjonen. for tiden er den nyeste versjonen Rev. 2.1. Definisjonen av EPR-kabel (extended power range) er lagt til, og ECN (engineer change notice) for tidligere aktive kabel er integrert i denne versjonen. La's ta en titt på den aktive USB-kabelen type C.
USB 3.2 kort aktiv kabel
USB4 kort aktiv kabel
USB 3.2 optisk isolert aktiv kabel （OIAC）
Blant dem er OIAC en optisk fiberkabel med en lengde på 50 meter. For øyeblikket er det definert at den maksimalt kan støtte USB 3.2 Gen2-hastighet (men støtter ikke USB2.0- og VBUS-strømforsyning), som hovedsakelig brukes til industriell ende, maskinsyn, fjernsensorer, profesjonell video og medisinske applikasjoner. Den elektriske spesifikasjonen til USB4 lineær optisk aktiv kabel er imidlertid ikke definert; deretter vil vi introdusere delen av kort aktiv kabel.
Kort aktiv kabel aktiv kabel
Innen 5 meters lengde
Full funksjon type C og USB PD 3.0 eMarker kreves
Det kreves for å støtte toveis og positiv og negativ innsetting
I henhold til støttefunksjonen kan den deles inn i USB 3.2 og USB4 aktive kabler
USB 3.2 aktiv kabel:
-USB 3.2 Gen 2x2 (10GHz dual channel) må støttes
* aktive kabler som kun støtter én kanal (x1) er ikke tillatt
-Alt-modus valgfri støtte
USB4 aktiv kabel:
-Alle USB 3.2- og USB4-hastigheter (dobbeltkanal) må støttes
-Tbt3 alt-modus må støttes
Ledningskravene til VBUS, vconn, CC og USB 2.0 samsvarer med kravene til passive kabler
Den aktive kabelen må drives av vconn
Aktiv kabel inneholder repeater-komponenter, for eksempel re timer eller re driver, hovedsakelig for høyhastighetssignaler TX1, TX2, rx1 og rx2. Re timerutvikling er kompleks og kostbar. Den lineære re-driver-kabelen (LRD) dominert av re-driver har egenskapene til lav kompleksitet, lavt strømforbruk og lav pris. Selv om den først senere ble lagt til USB-økosystemet og inkludert i USB type-C-spesifikasjonen, ble LRD-kabelen først introdusert på markedet. For eksempel er 40 Gbps to meter thunderbolt 4-kabelen LRD-kabelen som støtter USB4.
Hovedkomponentene i LRD-kabelen inkluderer RX-equalizer og utgangsdriver, som er ansvarlige for henholdsvis å kompensere kabeltap, justere DC-forsterkningen og justere størrelsen på utgangsforsterkningen og signalet, som vist i figuren nedenfor.
Siden LRD-kabelen ikke har CDR (klokkedatagjenoppretting), vil jitter og støy mottatt ved kabelinngangen bli overført til kabelutgangen; Samtidig kan RX EQ også forsterke høyfrekvent støy; På grunn av tillegg av aktive komponenter, vil impedansen til putekortet være diskontinuerlig; I tillegg til lange kabler er det lett å forårsake lengdemisforhold og stor pn-skjevhet i produksjonsprosessen, noe som resulterer i at AC common mode overskrider spesifikasjonen. Basert på punktene ovenfor, skal følgende vurderes i utformingen:
Høyfrekvent støy forårsaket av kabler
Om EQ inne i kabelen er riktig balansert, og om signalet er utilstrekkelig eller overbalansert?
Impedanstilpasning av tilleggskomponenter inne i den aktive kabelen
Pn skjevhet av kabel høyhastighetspar
LRD-kabelfunksjonsstøtte og eMarker-kunngjøring
Det er angitt i tabell 6-3 for USB type-C-kontakt& kabel Rev 2.1 spesifikasjon (som vist i tabell 2), USB4 passiv kabel og USB4 aktiv kabel (unntatt OIAC) må støtte USB4, usb3, USB2 og tbt3.
Spesielt er USB4 LRD-kabel aktiv kabel, men i ID-header VDO-innstillingen til eMarker må B29... B27 deklareres som passiv kabel (011b) og deklareres ved bruk av passiv kabel VDO. Fordi LRD-kabelen ble innlemmet i USB-spesifikasjonen på et senere tidspunkt, er den hovedsakelig for å være kompatibel med tbt3-produkter på markedet. Den må erklæres som passiv. Selv om produkttypen er erklært som passiv, vil tbt3 discovery fortsette i kommunikasjonsprosessen til USB4 discover_ SVID (0x8087), og deretter vurdere om det er"USB4 med tbt3 gen3 aktiv kabel".
Usb-if lanserer ny USB4-logo og -ikon
Usb-if holdt USB devdays 2021-seminaret i Seattle (30. september til 1. oktober), og ga ut den nye logoen og ikonet for nominell strøm til USB type-C-kabel i kombinasjon med EPR-spesifikasjonen (extended power range), som vist i tabellen nedenfor, slik at brukere raskt kan identifisere hastigheten og kraften som støttes av USB-produkter. Kabelen som opprinnelig støtter 100W (20V / 5A) brukes ikke lenger; Kabel som støtter 5A må støtte EPR 240W (48V / 5A).
Tabell 3: ny sertifisert USB type-C-kabellogo og -ikon (kilde: usbdevdays 2021)
Den aktive LRD-kabelen legger til en aktiv komponentredriver for å gjøre kabelstøttelengden lengre. I praktisk bruk og sertifiseringstest er konseptet at ytelsen til LRD-kabel skal være konsistent med eller enda bedre enn passiv kabel. Det vil si at under samme testmiljøinnstilling må lrd-kabelen være lik eller bedre enn den passive kabelen sammenlignet med den passive kabelen.
LRD-sertifiseringstestelementer inkluderer:
Usb-c funksjonstest
USB PD e-markør test
Aktiv kabelstrøm: IR-fall og strømforbruk
Termisk overopphetingsbeskyttelse
LRD elektrisk karakteristikk test
LRD-kabelkompatibilitetstest (fortsatt under diskusjon)
Den detaljerte elektriske testen for LRD-kabel er som følger:
1. Usb-c funksjonstest
I henhold til usb-c funksjonstestspesifikasjonen er kabeltesten som følger:
TD 4.1.3 Test av strømløs kabel
TD 4.13.5 Kabel EnterUSB og Data Reset Test
TD 4.14.x
TD 4.14.1 Kabel Vconn Swap Test
TD 4.14.2 Kabeltilbakestillingstest
TD 4.14.3 Test av alternativ modus for kabel
TD 4.14.4 Kabel USB 3.2 Test
TD 4.14.5 Kabel USB4 Test
2. USB PD: e-markør test
I henhold til USB PD CTS, test følgende tre elementer relatert til kabel:
Felles prosedyrer og kontroller
Fysiske lagspesifikke tester
Protokollspesifikke tester
LRD-kabel må støtte tbt3 og bekrefte om tbt3-kunngjøringen og SOP-svaret er riktig
Kabel SOP' Discover Identity-svar
[ID Header VDO] B26 (modelldrift) satt til 1b(alt-modus)
[ID Header VDO] B29..27 (produkttype) satt til 11b (passiv kabel)
[Cable VDO] B2..0 (USB høyeste hastighet) satt til 010b (USB3.2/USB4 Gen2)
Kabel SOP' TBT Discover Mode VDO-respons
B20..19 (avrundet/avrundet&forsterker; ingen) satt til 01b(begge)
B21 (Optisk/ingen) satt til 0 (ingen)
B22 (Re-timer/Re-driver) satt til 0b (Re-driver)
B23 (Uni/Toveis) satt til 1b (Uni)
B25 (aktiv/passiv) til 1b (aktiv)
3. Krav til aktiv kabelstrøm
3.1. IR fallspesifikasjonene for VBUS og jordkabler er de samme som for passive kabler
VBUS IR-fall:≤500 mV
Jord IR-fall:≤250 mV
3.2. Strømforsyningen til den aktive kabelen er hovedsakelig gjennom vconn, og det maksimale strømforbruket er begrenset
Strøm forbrukt av vconn ≤ 1,5W
4. Termisk test
Av sikkerhetsgrunner må temperaturføling stilles inn i den aktive kabelen. Når overflatetemperaturen til plastskallet til den aktive kabelen når 80 ℃ ˚ C eller metalloverflatetemperaturen når 55 ˚ C. USB 3.2/usb4-dataoverføringen må stoppes.
I tillegg skal overflatetemperaturen til den aktive kabelpluggen og den maksimale arbeidstemperaturen til skalloverflaten ikke overstige omgivelsestemperaturen med 30 ℃ ˚ C. Eller metallskalloverflatetemperatur 15 ˚ C.
Overflatetemperaturen (TS) til plastskallet til den aktive kabelen inkluderer hovedsakelig arbeidstemperaturen (TMB) til det tilkoblede verts- og enhetshovedkortet, de aktive komponentene i kabelen og gjeldende omgivelsestemperatur (TA). Selve sertifiseringstesten er hovedsakelig delt inn i to deler: overflatetemperatur (TS) og termisk avstengning. Testmiljøet er vist i figuren nedenfor:
4.1 Overflatetemperatur (Ts)
overflatetemperatur
Som vist i figur 3, test tilkoblingen, simuler verten / enhetens hovedkort gjennom det termiske testarmaturvarmekortet ved romtemperatur, og la TMB-temperaturen stige til (TA + 25) ˚ C) Koble deretter til den aktive kabelen og still inn full belastning fra verten til enheten (inkludert samtidig høyhastighets dataoverføring og PD 100W belastning). På dette tidspunktet bruker du det infrarøde kameraet til å finne det høyeste temperaturområdet til kabelpluggen (fig. 4), og fester"termisk par" lapp ved denne høye temperaturen for temperaturtest (fig. 5). Registrer overflatetemperaturen til plastskallet til kabelpluggen, og bedøm om testen har bestått: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">
Figur 4: infrarødt kamera for å finne området med høyeste temperatur
Figur 5:"ThermalCouple" lappen festet til det varmeste området.
4.2 termisk avstengning overopphetingsbeskyttelse
Testmiljøet for overopphetingsbeskyttelse er det samme som ovenfor. I tillegg er varmelappen belagt på plastskallet til kabelpluggen (fig. 6). Begynn å varme opp varmeplasteret ved romtemperatur. Når temperaturen når 85 ℃ ˚ C, bestemmes testresultatene: aktiv kabel må stoppe USB 3.2/usb4-dataoverføring.
Figur 6: fleksibel varmeplaster
Merk: for aktivt kabel termisk testutstyr og relatert tilbehør, vennligst kontakt OD Liao@luxshare -ict.com
Elektrisk test
For LRD-kabel brukes fortsatt passiv kabel i USB 2.0-, SBU- og CC-kabelkonfigurasjon. Testmetoden og spesifikasjonen er den samme som for passiv kabel. Høyhastighetssignalparet TX1 / rx1 / TX2 / rx2 er utstyrt med re-driver-aktive komponenter. Testspesifikasjonene er i samsvar med LRD aktiv kabel CTS versjon 0.8. Testelementene er hovedsakelig delt inn i følgende tre elementer:
Frekvensdomenetest
Tidsdomene – kabel frittstående kabeltest
Tidsdomene – øyetest for kabelutgang
5.1 frekvensdomenetest
Integrert avkastningstap (IRL)
Integrert multirefleksjon (IMR)
Channel Operation Margin (COM)
Figur 7: koblingsdiagram av S-parametere fanget opp av VNA til vektornettverksanalysator
For testelementer for frekvensdomene er testmetoden den samme som for passive kabler. S-parametrene hentes av vektornettverksanalysator VNA. Det er 8 s4p-filer (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, toveis) for høyhastighets differensialpar, og gjennom get_ iPar_ V0p91a programvare for analyse.
5.2 tidsdomene – kabel frittstående test
Kabeltilpasningsmaske (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): tap av innføring
OUTPUT_ Støy (𝝈): standardavvik for utgangsstøy (unntatt ikke-lineær støy)
SIGMA_ E (𝝈): standardavvik for ikke-lineær utgangsstøy
Kabel CM_ Støy: AC felles modus
Kabelkroppstesten (unntatt system ISI og jitter) tester hovedsakelig innsettingstap, utgangsstøy, ikke-lineær støy og AC common mode for selve kabelen. Testforbindelsen er vist i figuren under. Under TP2-utgangen (som vist i tabell 4) mønster, sving, ingen jitter, ingen SSC, ingen TX EQ-innstillinger, for eksempel"mønster: prbs15, swing 800mv, SSC off, jitter off, forhåndsinnstilt 0&] quot;, kobler signalgeneratoren først den verste passive kabelen for test, fanger oscilloskopet bølgeformen *. Bin, bytter deretter til LRD-kabelen for test, og utfører følgende parameteranalyse gjennom programvaren. Sammenlign deretter LRD-kabelen. Testresultatet må være lik eller bedre enn den passive kabelen. Testen skal dekke tre hastigheter: USB4 Gen2 / gen3 og USB 3.2 Gen2.
Merk:"worst case passiv kabel" refererer til den passive kabelen med maksimalt innsettingstap innenfor kabelspesifikasjonen, for eksempel 1m USB 3.2 Gen2 passiv kabel, 2m USB4 Gen2 passiv kabel og 0,8m USB4 gen3 passiv kabel.
Fig. 8: koblingsskjema for kabelkroppstesting
5.3 tidsdomene - test av øyediagram for kabelutgang
(Kabelutgang øyetest)
5.3.1. USB4 Gen2 / gen3 test:
Tilkoblingen av øyediagramtest for kabelutgang (inkludert system ISI og jitter) er vist i figuren nedenfor. Testmiljøet er det samme som testmiljøet for USB4-vert/enhet RX-mottakerautentisering. USB4 RX-testmiljøet må korrigeres først. Du kan kontrollere Anritsu mp1900-mønstergeneratoren direkte gjennom grl-usb4-rx-testappen, som vist i figur 9, Kalibrer USB4 RX-testmiljøet med keysight eller Tektronix-oscilloskop.
Etter kalibrering, koble til"verre tilfelle passiv kabel" først under testen. Innstillingen for testbetingelse inkluderer utgang av prbs31 i mønster Gen og innstilling av USB4 forhåndsinnstilling (16 grupper totalt). Etter at signalet passerer gjennom kabelen, fanger fem bølgeformer i oscilloskopet, og 80 bølgeformer må fanges opp i hver gruppe ved høy hastighet; Deretter, under de samme testforholdene, fjern den passive kabelen, bytt ut LRD-kabelen og fange opp bølgeformen på oscilloskopet; Deretter ble øyediagrammet, øyebredden og øyeområdet testet og analysert med USB4 sigtest-programvare.
Figur 10: USB4 gen3 / Gen2 kabelutgang øyediagram testtilkobling
USB4-bestemmelse av Gen2 / gen3 testresultater (gjennomsnitt av 5 fangster):
LRD-kabel beste øyeområde ≥ passiv kabel beste øyeområde
Og øyebredden på LRD-kabelen ≥ 0,9 * passiv kabel
1.3.2. USB Gen2-test:
Testmiljøet er det samme som testmiljøet for usb3.2 RX-mottakerautentisering. USB 3.2 RX-testmiljøet må korrigeres først (som vist i figur 11). Anritsu mp1900 mønstergeneratoren kan styres automatisk direkte gjennom grl-usb3-rxtest-appen og kalibreres med keysight eller Tektronix-oscilloskop
Etter kalibrering, under USB 3.2 Gen2 RX-testforholdene, velg Rx for å kalibrere PJ @ 100MHz-miljøet. Etter å ha passert gjennom fiksturen og LRD-kabelen, fanger oscilloskopet opp bølgeformen fem ganger, og analyserer den deretter med usb3sigtest-programvare og 7 CTLE-maler. (usb3 sigtest har kun én ctle_5db-mal i utgangspunktet, og det er nødvendig å manuelt angi og supplere ctle_0db ~ ctle_6 DB-mal)
Vurdering av USB 3.2 Gen2-testresultater, (gjennomsnittlig verdi på 5 opptak):
LRD-kabel beste øyeområde ≥ passiv kabel beste øyeområde
Og øyebredden på LRD-kabelen ≥ 0,9 * passiv kabel
sammendrag
USB type-C er mye brukt i datamaskiner og relaterte perifere enheter, så vel som passive kabler og aktive kabler. Noen støtter kun USB 2.0 og lading, og noen kan støtte USB 3.2 og USB4; De er alle USB type-C-kontakter, som støtter forskjellige muligheter og hastigheter, noe som er lett å forvirre brukere. USB-foreningen fokuserer også på brukeropplevelse og er forpliktet til en type-C-kabel, som kan møte alle applikasjoner. I den aktive kabeldelen må spesifikasjonen støtte toveis overføring, positiv og negativ plug-in, dual channel (x2), etc. Tar den aktive kabelen USB4 LRD som et eksempel, kan den støtte USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, PD-lading, etc. for å møte USB type-C-applikasjonen med én linje.
Den største forskjellen mellom USB type-C aktiv kabel og passiv kabel er om det er aktive komponenter, noe som også fører til ulike metoder for testing av høyhastighets differensialsignaler. Den aktive kabeltesten tar i bruk den eksisterende høyfrekvente testmetoden for USB4-vert og enhet, og bruker høyfrekvent signalgenerator og høyfrekvent oscilloskop for testing. Testmiljøet og metodene er relativt komplekse, GRL leverer automatiserte testløsninger for USB4-testing, som kan redusere testkompleksiteten. GRL har rik erfaring med å justere EQ, gain og andre parametere og bistå kunder med feilsøking. GRL kan også tilby USB4-vert og enhet, USB4 passiv kabel, USB4 aktiv kabel og andre test- og sertifiseringstjenester.
Henvisning
USB Type-C-kabel og -kontaktspesifikasjon, utgivelse 2.1, mai 2021
USB Type-C-kontakter og kabelenheter CTS, revisjon 2.1b, juni 2021
USB4 ™ Thunderbolt3 ™ kompatibilitetskrav spesifikasjon, versjon 1.0, januar 2021.
USB4 ™ Thunderbolt3 ™-kompatibilitet CTS, versjon 1.0, januar 2021.
USB Power Delivery CTS, Revisjon: 1.2, Ver 2, 20. juni 2021
USB Type-C funksjonell testspesifikasjon, kapittel 4 og 5, 23. mai 2021, rev. 0.88