Test i certyfikacja aktywnego kabla USB4 LRD

Specyfikacja aktywnego kabla USB4 jest zgodna ze specyfikacją złącza USB typu C i kabla. obecnie najnowsza wersja to Rev. 2.1. Dodano definicję kabla EPR (rozszerzony zakres mocy), a ECN (informacja o zmianie inżyniera) poprzedniego kabla aktywnego jest zintegrowana z tą wersją. Niech' przyjrzymy się aktywnemu kablowi USB typu C.

Krótki aktywny kabel USB 3.2

Krótki aktywny kabel USB4

Optycznie izolowany kabel aktywny USB 3.2 (OIAC)

Wśród nich OIAC to kabel światłowodowy o długości 50 metrów. Obecnie określa się, że może on obsługiwać co najwyżej prędkość USB 3.2 Gen2 (ale nie obsługuje zasilania USB2.0 i VBUS), który jest używany głównie w zastosowaniach przemysłowych, widzenia maszynowego, zdalnych czujnikach, profesjonalnych zastosowaniach wideo i medycznych. Jednak specyfikacja elektryczna liniowego aktywnego kabla optycznego USB4 nie została określona; następnie przedstawimy część krótkiego kabla aktywnego.

Krótki aktywny kabel aktywny kabel

W promieniu 5 metrów długości

Wymagane są pełne funkcje typu C i USB PD 3.0 eMarker

Wymagane jest wsparcie wstawiania dwukierunkowego oraz dodatniego i ujemnego

W zależności od możliwości wsparcia można go podzielić na aktywne kable USB 3.2 i USB4

Aktywny kabel USB 3.2:

-Musi być obsługiwane USB 3.2 Gen 2x2 (dwukanałowy 10 GHz)

* kable aktywne obsługujące tylko jeden kanał (x1) są niedozwolone

- Opcjonalna obsługa trybu Alt

Aktywny kabel USB4:

-Wszystkie prędkości USB 3.2 i USB4 (dwukanałowy) muszą być obsługiwane

-Musi być obsługiwany tryb alternatywny Tbt3

Wymagania dotyczące przewodów VBUS, vconn, CC i USB 2.0 są zgodne z wymaganiami kabli pasywnych

Aktywny kabel musi być zasilany przez vconn

Aktywny kabel zawiera elementy repeatera, takie jak re-timer lub re-driver, głównie dla szybkich sygnałów TX1, TX2, rx1 i rx2. Rozwój ponownego timera jest złożony i kosztowny. Liniowy kabel przemiennika (LRD) zdominowany przez przemiennik charakteryzuje się niską złożonością, niskim zużyciem energii i niskim kosztem. Chociaż dopiero później został dodany do ekosystemu USB i włączony do specyfikacji USB typu C, kabel LRD został po raz pierwszy wprowadzony na rynek. Na przykład dwumetrowy kabel Thunderbolt 4 40 Gb/s to kabel LRD obsługujący USB4.

Głównymi elementami kabla LRD są korektor RX i sterownik wyjściowy, które są odpowiednio odpowiedzialne za kompensację strat w kablu, regulację wzmocnienia DC oraz regulację wielkości wyjściowego wzmocnienia wstępnego i sygnału, jak pokazano na poniższym rysunku.

Ponieważ kabel LRD nie ma CDR (odzyskiwanie danych zegara), jitter i szum odbierany na wejściu kabla zostaną przeniesione na wyjście kabla; Jednocześnie RX EQ może również wzmacniać szumy o wysokiej częstotliwości; Z powodu dodania aktywnych komponentów, impedancja karty padów będzie nieciągła; Oprócz długich kabli, łatwo jest spowodować niedopasowanie długości i duże przekrzywienie pn w procesie produkcyjnym, co skutkuje tym, że tryb wspólny AC przekracza specyfikację. W oparciu o powyższe punkty w projekcie należy uwzględnić:

Hałas o wysokiej częstotliwości spowodowany przez kable

Czy EQ wewnątrz kabla jest odpowiednio zbalansowany i czy sygnał jest niewystarczający lub zbyt zbalansowany?

Dopasowanie impedancyjne dodatkowych komponentów wewnątrz aktywnego kabla

Pochylenie Pn pary kabli o dużej prędkości

Obsługa funkcji kabla LRD i ogłoszenie eMarker

Jest to podane w tabeli 6-3 złącza USB typu C& specyfikacja kabla w wersji 2.1 (jak pokazano w tabeli 2), kabel pasywny USB4 i kabel aktywny USB4 (z wyjątkiem OIAC) muszą obsługiwać USB4, usb3, USB2 i tbt3.

W szczególności kabel USB4 LRD jest kablem aktywnym, ale w ustawieniach nagłówka ID VDO eMarker, B29...B27 musi być zadeklarowany jako kabel pasywny (011b) i zadeklarowany jako kabel pasywny VDO. Ponieważ kabel LRD został włączony do specyfikacji USB na późniejszym etapie, ma być głównie kompatybilny z produktami tbt3 dostępnymi na rynku. Musi być zadeklarowany jako pasywny. Chociaż typ produktu jest zadeklarowany jako pasywny, wykrywanie tbt3 będzie kontynuowane w procesie komunikacji USB4 discover_ SVID (0x8087), a następnie oceni, czy jest to&„USB4 z aktywnym kablem tbt3 gen3 &”;.

Usb-if wydaje nowe logo i ikonę USB4

Usb-if zorganizował seminarium USB devdays 2021 w Seattle (30 września do 1 października) i opublikował nowe logo i ikonę mocy znamionowej kabla USB typu C w połączeniu ze specyfikacją EPR (rozszerzony zakres mocy), jak pokazano na w poniższej tabeli, aby użytkownicy mogli szybko zidentyfikować prędkość i moc obsługiwaną przez produkty USB. Kabel oryginalnie obsługujący 100 W (20 V / 5 A) nie jest już używany; Kabel obsługujący 5A musi obsługiwać EPR 240W (48V / 5A).

Tabela 3: nowe logo i ikona certyfikowanego kabla USB typu C (źródło: usbdevdays 2021)

Aktywny kabel LRD dodaje redriver aktywnego komponentu, aby wydłużyć długość wspornika kabla. W praktyce i testach certyfikacyjnych koncepcja polega na tym, że wydajność kabla LRD powinna być zgodna lub nawet lepsza niż w przypadku kabla pasywnego. Oznacza to, że przy tych samych ustawieniach środowiska testowego kabel lrd musi być równy lub lepszy niż kabel pasywny w porównaniu z kablem pasywnym.

Testy certyfikacyjne LRD obejmują:

Test funkcjonalny USB-c

Test e-markerów USB PD

Aktywna moc kabla: spadek podczerwieni i zużycie energii

Zabezpieczenie termiczne przed przegrzaniem

Test charakterystyki elektrycznej LRD

Test kompatybilności kabla LRD (wciąż dyskutowany)

Szczegółowy test elektryczny kabla LRD wygląda następująco:

1. Test funkcjonalny Usb-c

Zgodnie ze specyfikacją testu funkcji usb-c test kabla wygląda następująco:

TD 4.1.3 Test kabla bez zasilania

TD 4.13.5 Kabel EnterUSB i test resetowania danych

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Test zamiany kabla Vconn

TD 4.14.2 Test resetowania kabla

TD 4.14.3 Test w alternatywnym trybie kabla

Test TD 4.14.4 Kabel USB 3.2

Test TD 4.14.5 Kabel USB4

2. USB PD: test e-markerów

Zgodnie z USB PD CTS, przetestuj następujące trzy elementy związane z kablem:

Wspólne procedury i kontrole

Testy specyficzne dla warstwy fizycznej

Testy specyficzne dla protokołu

Kabel LRD musi obsługiwać tbt3 i potwierdzać, czy ogłoszenie tbt3 i odpowiedź SOP są poprawne

Kabel SOP „Odkryj odpowiedź tożsamości”

[ID Header VDO] B26 (działanie modelu) ustawione na 1b (tryb alt)

[Nagłówek ID VDO] B29..27 (typ produktu) ustawiony na 11b (kabel pasywny)

[Kabel VDO] B2..0 (najwyższa prędkość USB) ustawiony na 010b (USB3.2/USB4 Gen2)

Kabel SOP 'TBT Discover Mode VDO odpowiedź

B20..19 (zaokrąglone/zaokrąglone& brak) ustawione na 01b (oba)

B21 (optyczne/brak) ustawione na 0 (brak)

B22 (Ponowny kierowca/Ponowny kierowca) ustawiony na 0b (Ponowny kierowca)

B23 (Uni/Dwukierunkowy) ustawiony na 1b (Uni)

B25 (aktywny/pasywny) do 1b (aktywny)

3. Aktywne wymagania dotyczące zasilania kabla

3.1. Specyfikacje spadku podczerwieni w kablach VBUS i uziemieniu są takie same jak w przypadku kabli pasywnych

Spadek IR VBUS: ≤500 mV

Spadek naziemny IR: ≤250 mV

3.2. Zasilanie aktywnego kabla odbywa się głównie przez vconn, a maksymalny pobór mocy jest ograniczony

Moc pobierana przez vconn ≤ 1,5 W

4. Test termiczny

Ze względów bezpieczeństwa czujnik temperatury musi być ustawiony wewnątrz aktywnego kabla. Gdy temperatura powierzchni plastikowej powłoki aktywnego kabla osiągnie 80 ℃ ˚ C lub temperatura powierzchni metalu osiągnie 55 ˚ C. Transfer danych USB 3.2/usb4 musi zostać zatrzymany.

Ponadto temperatura powierzchni aktywnej wtyczki kabla i maksymalna temperatura robocza powierzchni powłoki nie powinny przekraczać temperatury otoczenia o 30 ℃ ˚ C. Lub temperatura powierzchni metalowej powłoki 15 ˚ C。

Temperatura powierzchni (TS) plastikowej powłoki aktywnego kabla obejmuje głównie temperaturę roboczą (TMB) podłączonej płyty głównej hosta i urządzenia, aktywnych komponentów kabla oraz aktualną temperaturę otoczenia (TA). Rzeczywisty test certyfikacyjny dzieli się głównie na dwie części: temperaturę powierzchni (TS) i wyłączenie termiczne. Środowisko testowe pokazano na poniższym rysunku:

4.1 Temperatura powierzchni (Ts)

temperatura na powierzchni

Jak pokazano na rysunku 3, przetestuj połączenie, zasymuluj płytę główną hosta/urządzenia przez płytkę grzejną urządzenia do testu termicznego w temperaturze pokojowej i pozwól, aby temperatura TMB wzrosła do (TA + 25) ˚ C). Następnie podłącz aktywny kabel i ustaw pełne obciążenie od hosta do urządzenia (w tym jednoczesna szybka transmisja danych i obciążenie PD 100W). W tym momencie za pomocą kamery na podczerwień znajdź obszar o najwyższej temperaturze wtyczki kabla (rys. 4) i przyklej"parę termiczną" w tej wysokiej temperaturze do testu temperaturowego (ryc. 5). Wykryj temperaturę powierzchni plastikowej osłony wtyczki kabla i oceń, czy test przeszedł pomyślnie: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Rysunek 4: kamera na podczerwień, aby znaleźć obszar o najwyższej temperaturze

Rysunek 5:"Termopara" plaster przyklejony do najgorętszego obszaru.

4.2 wyłącznik termiczny ochrona przed przegrzaniem

Środowisko testowe ochrony przed przegrzaniem jest takie samo jak powyżej. Dodatkowo łata grzejna pokryta jest plastikową osłoną wtyczki kabla (rys. 6). Rozpocznij ogrzewanie łaty grzewczej w temperaturze pokojowej. Gdy temperatura osiągnie 85 ℃ ˚ C, wyniki testu są określane: aktywny kabel musi przerwać transmisję danych USB 3.2/usb4.

Rysunek 6: elastyczna łatka grzewcza grzałki

Uwaga: w sprawie aktywnego sprzętu do testowania termicznego kabli i powiązanych akcesoriów prosimy o kontakt z OD Liao@luxshare -ict.com

Test elektryczny

W przypadku kabla LRD kabel pasywny jest nadal używany w konfiguracji kabli USB 2.0, SBU i CC. Metoda testowania i specyfikacja są takie same jak w przypadku kabla pasywnego. Para szybkich sygnałów TX1 / rx1 / TX2 / rx2 jest wyposażona w aktywne komponenty ponownego sterownika. Specyfikacje testowe są zgodne z LRD active cable CTS w wersji 0.8. Pozycje testowe dzielą się głównie na następujące trzy pozycje:

Test domeny częstotliwości

Domena czasu – test kabla samodzielnego kabla

Domena czasu – test oka na wyjściu kabla

5.1 test w dziedzinie częstotliwości

Zintegrowana utrata zwrotu (IRL)

Zintegrowany Multi-Reflection (IMR)

Margines operacyjny kanału (COM)

Rysunek 7: schemat połączeń parametrów S przechwyconych przez VNA wektorowego analizatora sieci

W przypadku elementów testowych w dziedzinie częstotliwości metoda testowania jest taka sama jak w przypadku kabli pasywnych. Parametry S są pobierane przez wektorowy analizator sieci VNA. Dostępnych jest 8 plików s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, dwukierunkowe) dla szybkich par różnicowych, a do analizy służy oprogramowanie get_ iPar_ V0p91a.

5.2 domena czasu – test samodzielny kabla

Maska ilfit kabla (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): tłumienie wtrąceniowe

WYJŚCIE_ Szum (𝝈): odchylenie standardowe szumu wyjściowego (z wyłączeniem szumu nieliniowego)

SIGMA_ E (𝝈): odchylenie standardowe wyjściowego szumu nieliniowego

Kabel CM_ Hałas: tryb wspólny AC

Test korpusu kabla (z wyłączeniem systemu ISI i jittera) sprawdza głównie tłumienie wtrąceniowe, szumy wyjściowe, szumy nieliniowe i wspólny tryb AC samego kabla. Połączenie testowe pokazano na poniższym rysunku. Pod wyjściem TP2 (jak pokazano w tabeli 4) wzorzec, swing, bez jittera, bez SSC, bez ustawień korektora TX, takich jak" wzorzec: prbs15, swing 800mv, SSC wyłączone, jitter wyłączone, preset 0 [GG ] quot;, generator sygnału najpierw podłącza najgorszy przypadek kabla pasywnego do testu, oscyloskop przechwytuje przebieg *. Bin, następnie zmienia się na kabel LRD w celu przetestowania i przeprowadza następującą analizę parametrów za pomocą oprogramowania, a następnie porównaj kabel LRD. Wynik testu musi być równy lub lepszy niż w przypadku kabla pasywnego. Test obejmie trzy prędkości: USB4 Gen2 / gen3 i USB 3.2 Gen2.

Uwaga:"najgorszy przypadek kabel pasywny" odnosi się do kabla pasywnego o maksymalnej tłumienności wtrąceniowej w specyfikacji kabla, np. 1 m kabla pasywnego USB 3.2 Gen2, 2 m kabla pasywnego USB4 Gen2 i 0,8 m kabla pasywnego USB4 gen3.

Rys. 8: schemat połączeń do testowania korpusu kabla

5.3 domena czasu - test wyjścia kablowego z oka

(Wyjście kabla Test wzroku)

5.3.1. Test USB4 Gen2 / Gen3:

Schemat podłączenia testu oka wyjścia kabla (w tym system ISI i jitter) pokazano na poniższym rysunku. Środowisko testowe jest takie samo, jak środowisko testowe uwierzytelniania odbiornika RX USB4 hosta/urządzenia. Środowisko testowe USB4 RX musi zostać najpierw poprawione. Możesz bezpośrednio sterować generatorem wzorców Anritsu mp1900 za pomocą aplikacji testowej grl-usb4-rx, jak pokazano na rysunku 9, Kalibracja środowiska testowego USB4 RX za pomocą celownika lub oscyloskopu Tektronix.

Po kalibracji podłącz"gorszy przypadek kabel pasywny" pierwszy podczas testu. Ustawienie warunków testowych obejmuje wyprowadzenie prbs31 we wzorze Gen i ustawienie ustawienia wstępnego USB4 (łącznie 16 grup). Po przejściu sygnału przez kabel, przechwyć pięć przebiegów na oscyloskopie, a w każdej grupie należy przechwycić 80 przebiegów z dużą prędkością; Następnie, w tych samych warunkach testowych, odłącz kabel pasywny, wymień kabel LRD i przechwyć przebieg na oscyloskopie; Następnie testowano i analizowano schemat oka, szerokość oczu i obszar oczu za pomocą oprogramowania USB4 sigtest.

Rysunek 10: Połączenie testowe z wyjściem kabla USB4 gen3/Gen2

Określenie USB4 wyników testu Gen2 / gen3 (średnio z 5 ujęć):

Najlepszy obszar oczu kabla LRD ≥ najlepszy obszar oczu kabla pasywnego

A szerokość oka kabla LRD ≥ 0,9 * kabel pasywny

1.3.2. Test USB Gen2:

Środowisko testowe jest takie samo jak środowisko testowe uwierzytelniania odbiornika usb3.2 RX. Środowisko testowe USB 3.2 RX należy najpierw poprawić (jak pokazano na rysunku 11). Generator wzorców Anritsu mp1900 może być automatycznie sterowany bezpośrednio przez aplikację grl-usb3-rxtest i kalibrowany za pomocą celownika lub oscyloskopu Tektronix

Po kalibracji, w warunkach testowych USB 3.2 Gen2 RX, wybierz Rx, aby skalibrować środowisko PJ @ 100MHz. Po przejściu przez oprawę i kabel LRD oscyloskop przechwytuje przebieg pięć razy, a następnie analizuje go za pomocą oprogramowania usb3sigtest i 7 szablonów CTLE. (usb3 sigtest ma początkowo tylko jeden szablon ctle_5db i konieczne jest ręczne ustawienie i uzupełnienie szablonu ctle_0db ~ ctle_6 DB)

Ocena wyników testu USB 3.2 Gen2, (średnia wartość z 5 ujęć):

Najlepszy obszar oczu kabla LRD ≥ najlepszy obszar oczu kabla pasywnego

A szerokość oka kabla LRD ≥ 0,9 * kabel pasywny

streszczenie

USB typu C jest szeroko stosowany w komputerach i powiązanych urządzeniach peryferyjnych, a także w kablach pasywnych i aktywnych. Niektóre obsługują tylko USB 2.0 i ładowanie, a niektóre mogą obsługiwać USB 3.2 i USB4; Wszystkie są złączami USB typu C, które obsługują różne możliwości i prędkości, co łatwo zmylić użytkowników. Stowarzyszenie USB koncentruje się również na doświadczeniu użytkownika i jest zaangażowane w kabel typu C, który może spełnić wszystkie aplikacje. W części z aktywnym kablem specyfikacja musi obsługiwać transmisję dwukierunkową, wtyczkę dodatnią i ujemną, podwójny kanał (x2) itp. Na przykładzie kabla aktywnego USB4 LRD może on obsługiwać USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, ładowanie PD itp., aby spełnić aplikację USB typu C za pomocą jednej linii.

Największą różnicą między aktywnym kablem USB typu C a kablem pasywnym jest obecność aktywnych komponentów, co prowadzi również do różnych metod testowania szybkich sygnałów różnicowych. Aktywny test kabla wykorzystuje istniejącą metodę testowania wysokiej częstotliwości hosta i urządzenia USB4 oraz wykorzystuje generator sygnału wysokiej częstotliwości i oscyloskop wysokiej częstotliwości do testowania. Środowisko testowe i metody są stosunkowo złożone, GRL zapewnia zautomatyzowane rozwiązania testowe do testowania USB4, co może zmniejszyć złożoność testowania. GRL ma bogate doświadczenie w dostosowywaniu EQ, wzmocnienia i innych parametrów oraz pomaganiu klientom w debugowaniu. GRL może również zapewnić hosta i urządzenie USB4, pasywny kabel USB4, aktywny kabel USB4 oraz inne usługi testowania i certyfikacji.

Referencja

Specyfikacja kabla i złącza USB typu C, wydanie 2.1, maj 2021 r.

Złącza i kable USB typu C CTS, wersja 2.1b, czerwiec 2021 r.

Specyfikacja wymagań zgodności USB4™ Thunderbolt3™, wersja 1.0, styczeń 2021 r.

Zgodność z USB4™ Thunderbolt3™ CTS, wersja 1.0, styczeń 2021 r.

CTS Power Delivery USB, wersja: 1.2, wersja 2, 20 czerwca 2021 r.

Specyfikacja testu funkcjonalnego USB typu C, rozdział 4 i 5, 23 maja 2021 r., wersja 0.88