Test a certifikácia aktívneho kábla USB4 LRD

Špecifikácia aktívneho kábla USB4 sa riadi špecifikáciou konektora USB typu C a kábla. v súčasnosti je najnovšia verzia Rev. 2.1. Pridáva sa definícia kábla EPR (rozšírený rozsah napájania) a do tejto verzie je integrované ECN (upozornenie na zmenu inžiniera) predchádzajúceho aktívneho kábla. Pozrime sa' na aktívny kábel USB typu C.

Krátky aktívny kábel USB 3.2

Krátky aktívny kábel USB4

USB 3.2 opticky izolovaný aktívny kábel (OIAC)

Medzi nimi je OIAC optický kábel s dĺžkou 50 metrov. V súčasnosti je definované, že môže podporovať maximálne rýchlosť USB 3.2 Gen2 (nepodporuje však napájanie USB2.0 a VBUS), ktoré sa používa hlavne pre priemyselné koncové zariadenia, strojové videnie, diaľkové senzory, profesionálne video a lekárske aplikácie. Elektrická špecifikácia lineárneho optického aktívneho kábla USB4 však nebola definovaná; ďalej si predstavíme časť krátkeho aktívneho kábla.

Krátky aktívny kábel aktívny kábel

Do 5 metrov na dĺžku

Vyžaduje sa plná funkcia Type-C a USB PD 3.0 eMarker

Vyžaduje sa podpora obojsmerného a pozitívneho a negatívneho vkladania

Podľa schopnosti podpory ho možno rozdeliť na aktívne káble USB 3.2 a USB4

Aktívny kábel USB 3.2:

-Musí byť podporované USB 3.2 Gen 2x2 (10 GHz duálny kanál).

* aktívne káble podporujúce iba jeden kanál (x1) nie sú povolené

- Voliteľná podpora režimu Alt

Aktívny kábel USB4:

- Musia byť podporované všetky rýchlosti USB 3.2 a USB4 (dvojkanálové).

-Musí byť podporovaný alt režim Tbt3

Požiadavky na káble VBUS, vconn, CC a USB 2.0 sú v súlade s požiadavkami pasívnych káblov

Aktívny kábel musí byť napájaný vconn

Aktívny kábel obsahuje komponenty opakovača, ako je re timer alebo re driver, hlavne pre vysokorýchlostné signály TX1, TX2, rx1 a rx2. Vývoj časovača Re je zložitý a nákladný. Lineárny re driver kábel (LRD), ktorému dominuje re driver, má vlastnosti nízkej zložitosti, nízkej spotreby energie a nízkych nákladov. Hoci bol do ekosystému USB pridaný až neskôr a zaradený do špecifikácie USB typu C, kábel LRD bol prvýkrát uvedený na trh. Napríklad 40 Gb/s dvojmetrový kábel Thunderbolt 4 je kábel LRD podporujúci USB4.

Hlavné komponenty kábla LRD zahŕňajú RX ekvalizér a výstupný ovládač, ktoré sú zodpovedné za kompenzáciu straty kábla, úpravu DC zisku a úpravu veľkosti výstupného predvýrazu a signálu, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Keďže kábel LRD nemá CDR (clock data recovery), chvenie a šum prijatý na káblovom vstupe sa prenesie do káblového výstupu; RX EQ môže zároveň zosilniť vysokofrekvenčný šum; V dôsledku pridania aktívnych komponentov bude impedancia podložky diskontinuitná; Rovnako ako pri dlhých kábloch je ľahké spôsobiť nesúlad dĺžky a veľké zošikmenie pn vo výrobnom procese, čo vedie k tomu, že spoločný režim AC prekračuje špecifikáciu. Na základe vyššie uvedených bodov je potrebné pri návrhu zvážiť:

Vysokofrekvenčný šum spôsobený káblami

Je EQ vo vnútri kábla správne vyvážené a či je signál nedostatočný alebo nadmerne vyvážený?

Impedančné prispôsobenie prídavných komponentov vo vnútri aktívneho kábla

Pn zošikmenie vysokorýchlostného páru kábla

Podpora funkcie kábla LRD a oznámenie eMarker

Je to uvedené v tabuľke 6-3 zosilňovača s konektorom USB typu C &; Špecifikácia kábla Rev 2.1 (ako je uvedené v tabuľke 2), pasívny kábel USB4 a aktívny kábel USB4 (okrem OIAC) musia podporovať USB4, usb3, USB2 a tbt3.

Konkrétne kábel USB4 LRD je aktívny kábel, ale v nastavení ID hlavičky VDO eMarkera musí byť B29... B27 deklarovaný ako pasívny kábel (011b) a musí byť deklarovaný pomocou pasívneho kábla VDO. Pretože kábel LRD bol začlenený do špecifikácie USB v neskoršej fáze, má byť hlavne kompatibilný s produktmi tbt3 na trhu. Musí byť vyhlásený za pasívny. Aj keď je typ produktu deklarovaný ako pasívny, zisťovanie tbt3 bude pokračovať v komunikačnom procese USB4 discover_ SVID (0x8087) a potom sa posúdi, či ide o"USB4 s aktívnym káblom tbt3 gen3".

Usb-if vydáva nové logo a ikonu USB4

Usb-if usporiadal seminár USB devdays 2021 v Seattli (30. septembra až 1. októbra) a zverejnil nové logo a ikonu menovitého výkonu kábla USB typu C v kombinácii so špecifikáciou EPR (extended power range), ako je znázornené na v tabuľke nižšie, aby používatelia mohli rýchlo identifikovať rýchlosť a výkon podporovaný produktmi USB. Kábel pôvodne podporujúci 100W (20V / 5A) sa už nepoužíva; Kábel podporujúci 5A musí podporovať EPR 240W (48V / 5A).

Tabuľka 3: nové logo a ikona certifikovaného kábla USB typu C (zdroj: usbdevdays 2021)

Aktívny kábel kábla LRD pridáva ovládač aktívneho komponentu, aby sa dĺžka podpory kábla predĺžila. Pri praktickom použití a certifikačnom teste je koncepcia taká, že výkon kábla LRD by mal byť konzistentný alebo dokonca lepší ako výkon pasívneho kábla. To znamená, že pri rovnakom nastavení testovacieho prostredia musí byť kábel lrd rovnaký alebo lepší ako pasívny kábel v porovnaní s pasívnym káblom.

Položky certifikačného testu LRD zahŕňajú:

Funkčný test USB-C

Test e-markerov USB PD

Aktívne káblové napájanie: IR pokles a spotreba energie

Tepelná ochrana proti prehriatiu

Skúška elektrických charakteristík LRD

Test kompatibility káblov LRD (stále sa diskutuje)

Podrobný elektrický test kábla LRD je nasledujúci:

1. Funkčný test USB-c

Podľa špecifikácie testu funkcie usb-c je test kábla nasledujúci:

TD 4.1.3 Skúška kábla bez napájania

TD 4.13.5 Kábel EnterUSB a test resetovania dát

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Test výmeny kábla Vconn

TD 4.14.2 Test resetovania kábla

TD 4.14.3 Test alternatívneho režimu kábla

Test kábla TD 4.14.4 USB 3.2

Test kábla TD 4.14.5 USB4

2. USB PD: test e-markerov

Podľa USB PD CTS otestujte nasledujúce tri položky súvisiace s káblom:

Spoločné postupy a kontroly

Špecifické testy fyzickej vrstvy

Testy špecifické pre protokol

Kábel LRD musí podporovať tbt3 a potvrdiť, či je oznámenie tbt3 a odpoveď SOP správne

Reakcia Discover Identity cez káblovú SOP

[ID Header VDO] B26 (prevádzka modelu) nastavené na 1b (režim alt)

[ID hlavička VDO] B29..27 (typ produktu) nastavené na 11b (pasívny kábel)

[Cable VDO] B2..0 (najvyššia rýchlosť USB) nastavená na 010b (USB3.2/USB4 Gen2)

Kábel SOP' TBT Discover Mode VDO odpoveď

B20..19 (zaoblený/zaoblený&zosilňovač; žiadny) nastavený na 01b (oba)

B21 (optické/žiadne) nastavené na 0 (žiadne)

B22 (Re-timer/Re-driver) nastavené na 0b (Re-driver)

B23 (jednosmerný/obojsmerný) nastavený na 1b (jednosmerný)

B25 (aktívny/pasívny) až 1b (aktívny)

3. Požiadavky na napájanie aktívneho kábla

3.1. Špecifikácie IR poklesu VBUS a uzemňovacích káblov sú rovnaké ako pri pasívnych kábloch

VBUS IR pokles: ≤ 500 mV

Zemný IR pokles: ≤ 250 mV

3.2. Napájanie aktívneho kábla je hlavne cez vconn a maximálna spotreba energie je obmedzená

Príkon spotrebovaný vconn ≤ 1,5W

4. Tepelný test

Z bezpečnostných dôvodov musí byť snímanie teploty nastavené vo vnútri aktívneho kábla. Keď povrchová teplota plastového obalu aktívneho kábla dosiahne 80 ℃ ˚C alebo teplota kovového povrchu dosiahne 55 ˚C. Prenos dát cez USB 3.2/usb4 sa musí zastaviť.

Okrem toho teplota povrchu aktívneho káblového konektora a maximálna pracovná teplota povrchu plášťa nesmie prekročiť teplotu okolia o 30 ℃ ˚C. Alebo teplota povrchu kovového plášťa 15 ˚C。

Povrchová teplota (TS) plastového obalu aktívneho kábla zahŕňa najmä pracovnú teplotu (TMB) pripojeného hostiteľa a základnej dosky zariadenia, aktívnych komponentov v kábli a aktuálnu teplotu okolia (TA). Samotný certifikačný test je rozdelený hlavne na dve časti: povrchovú teplotu (TS) a tepelné vypnutie. Testovacie prostredie je znázornené na obrázku nižšie:

4.1 Povrchová teplota (Ts)

povrchová teplota

Ako je znázornené na obrázku 3, otestujte pripojenie, nasimulujte základnú dosku hostiteľa/zariadenia cez dosku ohrievača tepelného testovacieho zariadenia pri izbovej teplote a nechajte teplotu TMB stúpnuť na (TA + 25) ˚C) Potom pripojte aktívny kábel a nastavte plné zaťaženie z hostiteľa do zariadenia (vrátane súčasného vysokorýchlostného prenosu dát a zaťaženia PD 100W). Teraz pomocou infračervenej kamery zistite oblasť s najvyššou teplotou na zástrčke kábla (obr. 4) a prilepte"tepelný pár" náplasť pri tejto vysokej teplote na teplotný test (obr. 5). Zistite povrchovú teplotu plastového obalu zástrčky kábla a posúďte, či test prebehol úspešne: TS< ta="" +="" 30="">

Obrázok 4: infračervená kamera na nájdenie oblasti s najvyššou teplotou

Obrázok 5:"ThermalCouple" náplasť prilepená na najhorúcejšie miesto.

4.2 tepelné vypnutie ochrana proti prehriatiu

Testovacie prostredie na ochranu proti prehriatiu je rovnaké ako vyššie. Okrem toho je vyhrievacia náplasť nanesená na plastovom plášti zástrčky kábla (obr. 6). Začnite zahrievaciu náplasť pri izbovej teplote. Keď teplota dosiahne 85 ℃ ˚C, určia sa výsledky testu: aktívny kábel musí zastaviť prenos dát cez USB 3.2/usb4.

Obrázok 6: Vyhrievacia náplasť flexibilného ohrievača

Poznámka: Pre aktívne káblové tepelné testovacie zariadenie a súvisiace príslušenstvo kontaktujte OD Liao@luxshare -ict.com

Elektrický test

Pre kábel LRD sa pasívny kábel stále používa v konfigurácii kábla USB 2.0, SBU a CC. Skúšobná metóda a špecifikácia sú rovnaké ako pri pasívnom kábli. Dvojica vysokorýchlostných signálov TX1 / rx1 / TX2 / rx2 je vybavená aktívnymi komponentmi re driver. Špecifikácie testu sú v súlade s aktívnym káblom LRD CTS verzie 0.8. Testovacie položky sú rozdelené hlavne do nasledujúcich troch položiek:

Test frekvenčnej domény

Časová doména – test samostatného kábla

Časová oblasť – test zraku káblového výstupu

5.1 test frekvenčnej oblasti

Integrovaný návrat-strata (IRL)

Integrovaný viacnásobný odraz (IMR)

Prevádzková marža kanála (COM)

Obrázok 7: Schéma zapojenia parametrov S zachytených VNA vektorového sieťového analyzátora

Pre testovacie položky vo frekvenčnej oblasti je testovacia metóda rovnaká ako pri pasívnych kábloch. Parametre S sa získavajú vektorovým sieťovým analyzátorom VNA. Existuje 8 súborov s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, obojsmerné) pre vysokorýchlostné diferenciálne páry a prostredníctvom softvéru get_ iPar_ V0p91a na analýzu.

Časová doména 5.2 – samostatný test kábla

Kábel ilfit maska ​​(DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): strata vloženia

OUTPUT_ Noise (𝝈): štandardná odchýlka výstupného šumu (okrem nelineárneho šumu)

SIGMA_ E (𝝈): štandardná odchýlka výstupného nelineárneho šumu

Kábel CM_ Šum: AC bežný režim

Test telesa kábla (okrem systémového ISI a jitteru) testuje hlavne vložný útlm, výstupný šum, nelineárny šum a AC spoločný režim samotného kábla. Testovacie pripojenie je znázornené na obrázku nižšie. Pod výstupom TP2 (ako je znázornené v tabuľke 4) vzor, ​​swing, bez chvenia, bez SSC, bez nastavenia TX EQ, ako napríklad"vzor: prbs15, swing 800 mv, SSC vypnutý, jitter vypnutý, predvoľba 0 [GG ] quot;, generátor signálu najskôr pripojí pasívny kábel najhoršieho prípadu na test, osciloskop zachytí priebeh *. Bin, potom prejde na kábel LRD na test a vykoná nasledujúcu analýzu parametrov pomocou softvéru. Potom porovnajte kábel LRD. Výsledok testu musí byť rovnaký alebo lepší ako výsledok pasívneho kábla. Test sa týka troch rýchlostí: USB4 Gen2 / gen3 a USB 3.2 Gen2.

Poznámka:"pasívny kábel v najhoršom prípade" označuje pasívny kábel s maximálnou stratou pri vložení v rámci špecifikácie kábla, ako je 1 m pasívny kábel USB 3.2 Gen2, 2 m pasívny kábel USB4 Gen2 a 0,8 m pasívny kábel USB4 gen3.

Obr. 8: Schéma zapojenia pre testovanie telesa kábla

5.3 časová oblasť - test očného diagramu káblového výstupu

(Očný test káblového výstupu)

5.3.1. Test USB4 Gen2 / gen3:

Schéma zapojenia testu oka káblového výstupu (vrátane systémového ISI a jitteru) je znázornená na obrázku nižšie. Testovacie prostredie je rovnaké ako testovacie prostredie hostiteľa / zariadenia RX na testovanie USB4. Najprv je potrebné opraviť testovacie prostredie USB4 RX. Generátor vzorov Anritsu mp1900 môžete priamo ovládať pomocou testovacej aplikácie grl-usb4-rx, ako je znázornené na obrázku 9, Kalibrácia testovacieho prostredia USB4 RX pomocou zameriavača alebo osciloskopu Tektronix.

Po kalibrácii pripojte"v horšom prípade pasívny kábel" najskôr počas testu. Nastavenie testovacích podmienok zahŕňa výstup prbs31 vo vzore Gen a nastavenie predvoľby USB4 (celkovo 16 skupín). Potom, čo signál prejde káblom, zachyťte v osciloskope päť priebehov a v každej skupine je potrebné zachytiť 80 priebehov vysokou rýchlosťou; Potom za rovnakých testovacích podmienok odstráňte pasívny kábel, vymeňte kábel LRD a zachyťte priebeh na osciloskope; Potom sa očný diagram, šírka očí a oblasť očí testovali a analyzovali pomocou softvéru USB4 sigtest.

Obrázok 10: Schéma testovacieho pripojenia výstupného kábla USB4 gen3 / Gen2

USB4 stanovenie výsledkov testov Gen2 / gen3 (priemer z 5 zachytení):

LRD kábel najlepšia oblasť očí ≥ pasívny kábel najlepšia oblasť očí

A šírka oka kábla LRD ≥ 0,9 * pasívneho kábla

1.3.2. Test USB Gen2:

Testovacie prostredie je rovnaké ako testovacie prostredie prijímača USB 3.2 RX. Najprv je potrebné opraviť testovacie prostredie USB 3.2 RX (ako je znázornené na obrázku 11). Generátor vzorov Anritsu mp1900 možno automaticky ovládať priamo cez aplikáciu grl-usb3-rxtest a kalibrovať pomocou zameriavača alebo osciloskopu Tektronix

Po kalibrácii v podmienkach testu USB 3.2 Gen2 RX vyberte Rx na kalibráciu prostredia PJ @ 100 MHz. Po prechode cez zariadenie a kábel LRD osciloskop päťkrát zachytí priebeh a potom ho analyzuje pomocou softvéru usb3sigtest a 7 šablón CTLE. (usb3 sigtest má na začiatku iba jednu šablónu ctle_5db a je potrebné manuálne nastaviť a doplniť šablónu ctle_0db ~ ctle_6 DB)

Posúdenie výsledkov testu USB 3.2 Gen2 (priemerná hodnota z 5 zachytení):

LRD kábel najlepšia oblasť očí ≥ pasívny kábel najlepšia oblasť očí

A šírka oka kábla LRD ≥ 0,9 * pasívneho kábla

zhrnutie

USB typu C sa široko používa v počítačoch a súvisiacich periférnych zariadeniach, ako aj pasívnych a aktívnych kábloch. Niektoré podporujú iba USB 2.0 a nabíjanie a niektoré môžu podporovať USB 3.2 a USB4; Všetko sú to konektory USB typu C, ktoré podporujú rôzne možnosti a rýchlosti, čo môže používateľov ľahko zmiasť. Asociácia USB sa zameriava aj na používateľskú skúsenosť a zaviazala sa k káblu typu C, ktorý dokáže splniť všetky aplikácie. V časti s aktívnym káblom musí špecifikácia podporovať obojsmerný prenos, kladný a záporný zásuvný modul, duálny kanál (x2) atď. Ak vezmeme ako príklad aktívny kábel USB4 LRD, môže podporovať USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, nabíjanie PD atď., aby vyhovovali aplikácii USB typu C s jedným riadkom.

Najväčší rozdiel medzi aktívnym káblom USB typu C a pasívnym káblom je v tom, či existujú aktívne komponenty, čo tiež vedie k rôznym metódam testovania vysokorýchlostných diferenciálnych signálov. Aktívny test kábla využíva existujúcu metódu vysokofrekvenčného testovania hostiteľa a zariadenia USB4 a na testovanie používa generátor vysokofrekvenčného signálu a vysokofrekvenčný osciloskop. Testovacie prostredie a metódy sú pomerne zložité, GRL poskytuje automatizované testovacie riešenia pre testovanie USB4, čo môže znížiť náročnosť testovania. GRL má bohaté skúsenosti s nastavovaním EQ, gainu a ďalších parametrov a asistovaním zákazníkom pri ladení. GRL môže tiež poskytnúť hostiteľa a zariadenie USB4, pasívny kábel USB4, aktívny kábel USB4 a ďalšie testovacie a certifikačné služby.

Odkaz

Špecifikácia kábla a konektora USB Type-C, vydanie 2.1, máj 2021

Konektory USB typu C a zostavy káblov CTS, revízia 2.1b, jún 2021

Špecifikácia požiadaviek na kompatibilitu USB4™ Thunderbolt3™, verzia 1.0, január 2021.

USB4™ Thunderbolt3™ kompatibilita CTS, Revízia 1.0, január 2021.

USB Power Delivery CTS, Revízia: 1.2, Ver 2, 20. júna 2021

Špecifikácia funkčného testu USB Type-C, Kapitola 4 a 5, 23. mája 2021, Rev 0.88