USB4.0技术简介USB全称UniversalSerialBus(通用串行总线),早在1994年被众多电脑厂商采纳用以解决当时接口不统一的问题。在随后二十多年时间里,USB技术不断发展,标准经历了USB1.0/1.1、USB2.0、USB3.0、USB3.1到USB3.2,直到现在的USB4.0。
USB4.0 直接采用的是 Intel 和Apple 从 2015 年在笔记本电脑上 推出的、基于 Type-C 接口的“雷电”Thunderbolt 3 协议标准, 数据 传输速率支持 10Gbps/lane 和 20Gbps/lane 两种速率,选择性地支 持 TBT3-compatible 10.3125Gbps/lane 和 20.625Gbps/lane 两 种 速 率; 同时, 通 过交替模式 (ALT mode) 支持 DisplayPort, PCIE 等信号标 准。为了避免混淆, Intel 将未来准备在笔记本电脑上部署的 Thunderbolt 接口, 统一命名为 Thunderbolt4.0。 USB3.0一致性测试内容;多端口矩阵测试USB测试销售

性能特点USB2.0USB3.0USB3.1USB3.2USB4.0
发布时间2000年2008年2013年2017年2019年
比较高接口速率480Mbps5Gbps(Genl)10Gbps速率(Gen2)20Gbps(Gen2x2)40Gbps(Gen3x2)
连接器Type-A/B/CType-A/B/CType-A/B/CType-CType-CRetimer(中继器)无定义无定义无定义支持支持2级
编码方式无8b/10b128b/132b128b/132b128b/132b
典型电缆长度5m3mlm1m有源电缆1m,0.8m,有源电缆发送端预加重无2阶预加重3阶预加重3阶预加重3阶(16种预设值)
接收端均衡方式无CTLE(2种强度)CTLE(7种强度)+DFECTLE(7种强度)+DFECTLE(10种强度)+DFE
克劳德高速数字信号测试实验室
地址:深圳市南山区南头街道中祥路8号君翔达大厦A栋2楼H区 多端口矩阵测试USB测试销售示波器里的USB协议触发条件;

Type - C的接口是双面的,也就是同 一 时刻只有TX1+/TX1 一 或者TX2+/TX2 - 引脚上会有USB3 . 1信号输出,至于哪 一面有信号输出,取决于插入的方向。如图3 . 18所 示,默认情况下DFP设备在CC引脚上有上拉电阻Rp,UFP设备在CC引脚上有下拉电阻 Ra,根据插入的电缆方向不同,只有CCl或者CC2会有连接,通过检测CCl或者CC2上的 电压变化,DFP和UFP设备就能感知到对端的插入从而启动协商过程。
信号质量的测试过程中,由于被测件连接的是测试夹具,并没有真实地对端设备插入,这就需要人为在测试夹具上模拟电阻的上下拉来欺骗被测件输出信号
USB电缆/连接器测试和USB2.0相比,USB3.0及以上产品的信号带宽高出很多,电缆、连接器和信号传输路径验证变得更加重要。图3.39是规范中对支持10Gbps信号的Type-C电缆的插入损耗(InsertionLoss)和回波损耗(ReturnLoss)的要求。
很多高速传输电缆的插损和反射是用频域的S参数的形式描述的,频域传输参数的测 试标准是矢量网络分析仪(VNA)。另外,对于电缆来说还有一些时域参数,如差分阻抗和 不对称偏差(Skew)等也必须符合规范要求,这两个参数通常是用TDR/TDT来测量。目前 很多VNA已经可以通过增加时域TDR选件(对频域测试参数进行反FFT变换实现)的方 式实现TDR/TDT功能。另外,USB Type-C电缆上要测试的线对数量很多,通过模块化的 设计,VNA可以在一个机箱里支持多达32个端口,因此所有差分电缆/连接器的测试项目 都可以通过一 台多端口的VNA来完成。图3.40是用多端口的VNA配合测试夹具进行 Type-C 的USB 电缆测试的例子。 USB3.0信号测试方法定义?

USB3.0、USB3.1、USB3.2、USB4.0每一代的数据速率都有非 常大的提升。需要注意的是,在USB3.1规范推出后,之前USB3.0中定义的5Gbps速被称为Genl速率,新定义的10Gbps被称为Gen2速率。而在2019年发布的USB4.0规范中,新增的20Gbps速率被称为Gen3速率。
USB3.0和之后的标准都采用了双总线架构(图3.1),即在USB2.0的基础上增加了超高速总线部分。超高速总线的信号速率达到5Gbps、10Gbps甚至20Gbps,采用全双工方式工作。以PC上普遍使用的Type-A连接器为例,为了支持更高速率的信号传输,就在原有USB2.0的4根线(Vbus、Gnd、D+、D-)基础上新增加了5根信号线,包括2对差分线和1根屏蔽地线(如果是Type-C连接器则增加更多)。原来的4根线完全兼容原来的USB2.0设备;新增的这两对差分线采用全双工作模式,一对线负责发送,另一对线负责接收,发送和接收都可实现5Gbps或以上速率的数据传输。
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USB4.0 的 规范 是 2021 年 5 月份发 布 的 ”USB4 Specification Version 1.0 with Errata and ECN through Oct. 15, 2020”;测 试 规 范 是 2021 年 7 月 份 发 布的 ”USB4 Electrical Compliance Test Specification V1.02”。
因为 USB4.0 需要支持有源电缆和无源电缆两种应用场景, 针对 的测试点分别是 TP2 和TP3, 即通俗讲的近端测试和远端测试。 在进行远端测试时,需要考虑无源电缆的影响。因为一根实体的 无源电缆很难完整的表征所有恶劣的场景, 包括插入损耗、回 波损耗、串扰等,为了保证测试的一致性和可重复性,发动端测 试都是用软件的算法, 利用示波器嵌入 S 参数 / 传递函数的方式, 实现参考链路的模拟。同时, 为了保证测试精度, USB4.0 要求示 波器在进行信号捕获前,需要通过去嵌 (De-embedded) 的方式去除 测试电缆的影响。 多端口矩阵测试USB测试销售
USB测试,需要被测件能够发出不同速率的测试码型以及不同的预加重设置。被测件发送信号的控制需要通过USB4的微控制器,这个控制器可以在USB协会提供的ETT(ElectricalTestTool)软件的控制下和被测设备交互,并控制被测设备输出需要的测试码型。为Wilder公司提供的USB4.0的测试夹具及控制器。在有些示波器的USB4的信号质量自动测试软件中,也集成了ETT软件的控制脚本。这样在测试过程中,用户只需要选择需要测试的速率和项目,测试软件就会根据不同的项目设置被测件的状态,而不需要每次运行不同测试项目时等待用户手动进行烦琐的被测件状态设置。USB4.0自动测试软件的测试环境设置、测...