Test i certifikacija USB4 LRD aktivnog kabela

Specifikacija aktivnog USB4 kabela slijedi USB tip-C konektor i specifikacije kabela. trenutno je najnovija verzija Rev. 2.1. Dodana je definicija EPR (extended power range) kabela, a ECN (inženjerska obavijest o promjeni) prethodnog aktivnog kabela integrirana je u ovu verziju. Pogledajmo' aktivni kabel USB tipa C.

USB 3.2 kratki aktivni kabel

USB4 kratki aktivni kabel

USB 3.2 optički izoliran aktivni kabel (OIAC)

Među njima, OIAC je kabel s optičkim vlaknima duljine 50 metara. Trenutno je definirano da može podržati najviše brzine USB 3.2 Gen2 (ali ne podržava USB2.0 i VBUS napajanje), koji se uglavnom koristi za industrijske krajnje, strojni vid, daljinske senzore, profesionalne video i medicinske aplikacije. Međutim, električna specifikacija USB4 linearnog optičkog aktivnog kabela nije definirana; zatim ćemo uvesti dio kratkog aktivnog kabela.

Kratki aktivni kabel aktivni kabel

Unutar 5 metara dužine

Potrebni su potpuni tip C i USB PD 3.0 eMarker

Potrebno je podržati dvosmjerno i pozitivno i negativno umetanje

Prema mogućnostima podrške, može se podijeliti na USB 3.2 i USB4 aktivne kabele

USB 3.2 aktivni kabel:

-USB 3.2 Gen 2x2 (10GHz dual channel) mora biti podržan

* aktivni kabeli koji podržavaju samo jedan kanal (x1) nisu dopušteni

- Alt način opcione podrške

USB4 aktivni kabel:

-Sve brzine USB 3.2 i USB4 (dvokanalni) moraju biti podržane

-Tbt3 alt mod mora biti podržan

Zahtjevi za žice za VBUS, vconn, CC i USB 2.0 u skladu su sa zahtjevima pasivnih kabela

Aktivni kabel treba napajati vconn

Aktivni kabel sadrži komponente repetitora, kao što su re timer ili re driver, uglavnom za signale velike brzine TX1, TX2, rx1 i rx2. Razvoj ponovnog timera je složen i skup. Linearni re driver kabel (LRD) kojim dominira re driver ima karakteristike niske složenosti, niske potrošnje energije i niske cijene. Iako je tek kasnije dodan u USB ekosustav i uključen u USB type-C specifikaciju, LRD kabel je prvi put uveden na tržište. Na primjer, 40Gbps dvometarski thunderbolt 4 kabel je LRD kabel koji podržava USB4.

Glavne komponente LRD kabela uključuju RX ekvilajzer i izlazni drajver, koji su odgovorni za kompenzaciju gubitka kabela, podešavanje istosmjernog pojačanja i podešavanje veličine izlaznog prednaglaska i signala, kao što je prikazano na donjoj slici.

Budući da LRD kabel nema CDR (oporavak podataka sata), podrhtavanje i šum primljeni na ulazu kabela će se prenijeti na izlaz kabela; U isto vrijeme, RX EQ također može pojačati visokofrekventnu buku; Zbog dodavanja aktivnih komponenti, impedancija pad kartice će biti diskontinuirana; Kao i dugi kabeli, lako je uzrokovati neusklađenost duljine i veliku pn kosinu u proizvodnom procesu, što rezultira AC zajedničkim načinom rada koji premašuje specifikaciju. Na temelju gore navedenih točaka, u projektu se uzima u obzir sljedeće:

Visokofrekventni šum uzrokovan kabelima

Je li EQ unutar kabela pravilno balansiran i je li signal nedovoljan ili prebalansiran?

Usklađivanje impedancije dodatnih komponenti unutar aktivnog kabela

Pn zakrivljenost kabelskog para velike brzine

Podrška za funkciju LRD kabela i najava eMarkera

Navedeno je u tablici 6-3 USB tip-C konektora&pojačalo; kabel Rev 2.1 specifikacija (kao što je prikazano u tablici 2), USB4 pasivni kabel i USB4 aktivni kabel (osim OIAC) moraju podržavati USB4, usb3, USB2 i tbt3.

Konkretno, USB4 LRD kabel je aktivan kabel, ali u postavci VDO zaglavlja ID-a eMarkera, B29... B27 mora biti deklariran kao pasivni kabel (011b) i deklariran korištenjem pasivnog kabela VDO. Budući da je LRD kabel ugrađen u USB specifikaciju u kasnijoj fazi, on je uglavnom kompatibilan s tbt3 proizvodima na tržištu. Mora se deklarirati kao pasivna. Iako je vrsta proizvoda deklarirana kao pasivna, otkrivanje tbt3 nastavit će se u komunikacijskom procesu USB4 discover_ SVID (0x8087), a zatim će se prosuditi je li to"USB4 s aktivnim kabelom tbt3 gen3".

Usb-if objavljuje novi logotip i ikonu USB4

Usb-if je održao seminar USB devdays 2021 u Seattleu (30. rujna do 1. listopada) i objavio novi logotip i ikonu nazivne snage USB kabela tipa C u kombinaciji sa specifikacijom EPR (prošireni raspon snage), kao što je prikazano u tablicu u nastavku, tako da korisnici mogu brzo identificirati brzinu i snagu koju podržavaju USB proizvodi. Kabel koji je izvorno podržavao 100W (20V / 5A) više se ne koristi; Kabel koji nosi 5A mora podržavati EPR 240W (48V / 5A).

Tablica 3: logotip i ikona novog certificiranog USB kabela tipa C (izvor: usbdevdays 2021.)

Aktivni kabel LRD kabela dodaje pokretač aktivne komponente kako bi duljina nosača kabela bila duža. U praktičnoj upotrebi i certifikacijskom testu, koncept je da performanse LRD kabela trebaju biti dosljedne ili čak bolje od onih pasivnog kabela. Odnosno, pod istim postavkama testnog okruženja, lrdkabel mora biti jednak ili bolji od pasivnog kabela u usporedbi s pasivnim kabelom.

Ispitne stavke za LRD certifikat uključuju:

Usb-c funkcionalni test

USB PD e-marker test

Aktivna snaga kabela: IR pad i potrošnja energije

Toplinska zaštita od pregrijavanja

Ispitivanje LRD električnih karakteristika

Test kompatibilnosti LRD kabela (još uvijek u raspravi)

Detaljno električno ispitivanje LRD kabela je kako slijedi:

1. Usb-c funkcionalni test

Prema specifikaciji ispitivanja funkcije usb-c, ispitivanje kabela je kako slijedi:

TD 4.1.3 Ispitivanje kabela bez napajanja

TD 4.13.5 Kabel EnterUSB i test resetiranja podataka

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Test zamjene kabela Vconn

TD 4.14.2 Test resetiranja kabela

TD 4.14.3 Ispitivanje alternativnog načina rada kabela

TD 4.14.4 Kabel USB 3.2 Test

TD 4.14.5 Test USB4 kabela

2. USB PD: test e-markera

Prema USB PD CTS, testirajte sljedeće tri stavke koje se odnose na kabel:

Uobičajeni postupci i provjere

Testovi specifični za fizički sloj

Testovi specifični za protokol

LRD kabel mora podržavati tbt3 i potvrditi jesu li tbt3 najava i SOP odgovor točni

Odgovor Cable SOP' Discover Identity

[ID Header VDO] B26 (rad modela) postavljeno na 1b (alt mod)

[ID Header VDO] B29..27 (vrsta proizvoda) postavljeno na 11b (pasivni kabel)

[Cable VDO] B2..0 (USB najveća brzina) postavljeno na 010b (USB3.2/USB4 Gen2)

Kabel SOP' TBT Discover Mode VDO odgovor

B20..19 (zaobljeno/zaobljeno& nema) postavljeno na 01b (oba)

B21 (optički/ništa) postavljeno na 0 (ništa)

B22 (ponovni tajmer/ponovni vozač) postavljeno na 0b (ponovni vozač)

B23 (Uni/Bi-directional) postavljeno na 1b (Uni)

B25 (aktivno/pasivno) do 1b (aktivno)

3. Zahtjevi za napajanje aktivnog kabela

3.1. Specifikacije IR pada za VBUS i kabele za uzemljenje iste su kao i kod pasivnih kabela

VBUS IR pad: ≤500 mV

IR pad uzemljenja: ≤250 mV

3.2. Napajanje aktivnog kabela je uglavnom preko vconn-a, a maksimalna potrošnja energije je ograničena

Snaga koju troši vconn ≤ 1,5 W

4. Termički test

Iz sigurnosnih razloga, senzor temperature mora biti postavljen unutar aktivnog kabela. Kada temperatura površine plastične ovojnice aktivnog kabela dosegne 80 ℃ ˚ C ili temperatura metalne površine dosegne 55 ˚ C. USB 3.2/usb4 prijenos podataka mora se zaustaviti.

Osim toga, površinska temperatura aktivnog kabelskog utikača i maksimalna radna temperatura površine kućišta ne smiju prijeći temperaturu okoline za 30 ℃ ˚ C. Ili temperatura površine metalne ljuske 15 ˚ C。

Temperatura površine (TS) plastične ovojnice aktivnog kabela uglavnom uključuje radnu temperaturu (TMB) spojene matične ploče glavnog računala i uređaja, aktivne komponente u kabelu i trenutnu temperaturu okoline (TA). Stvarni certifikacijski test uglavnom je podijeljen u dva dijela: površinska temperatura (TS) i toplinsko isključenje. Testno okruženje prikazano je na donjoj slici:

4.1 Temperatura površine (Ts)

površinska temperatura

Kao što je prikazano na slici 3, testirajte vezu, simulirajte matičnu ploču domaćina/uređaja kroz ploču grijača učvršćivača za termalni test na sobnoj temperaturi i pustite da temperatura TMB poraste na (TA + 25) ˚ C) Zatim spojite aktivni kabel i postavite puno opterećenje s hosta na uređaj (uključujući istovremeni prijenos podataka velike brzine i PD 100W opterećenje). U ovom trenutku, pomoću infracrvene kamere saznajte područje najveće temperature kabelskog utikača (slika 4) i zalijepite"termalni par" flaster na ovoj visokoj temperaturi za temperaturni test (slika 5). Otkrijte temperaturu površine plastične ovojnice kabelskog utikača i procijenite je li test prošao: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Slika 4: infracrvena kamera za pronalaženje područja najviše temperature

Slika 5:"ThermalCouple" flaster zalijepljen na najtoplije područje.

4.2 termička zaštita od pregrijavanja

Ispitno okruženje za zaštitu od pregrijavanja isto je kao gore. Dodatno, grijaća krpa je obložena plastičnom školjkom kabelskog utikača (slika 6). Počnite grijati grijaći dio na sobnoj temperaturi. Kada temperatura dosegne 85 ℃ ˚ C, utvrđuju se rezultati ispitivanja: aktivni kabel treba zaustaviti USB 3.2/usb4 prijenos podataka.

Slika 6: fleksibilni grijač grijača

Napomena: za aktivnu opremu za termičko ispitivanje kabela i pripadajući pribor, molimo kontaktirajte OD Liao@luxshare -ict.com

Električni test

Za LRD kabel, pasivni kabel se još uvijek koristi u konfiguraciji USB 2.0, SBU i CC kabela. Metoda ispitivanja i specifikacija isti su kao i kod pasivnog kabela. Par signala velike brzine TX1 / rx1 / TX2 / rx2 opremljen je aktivnim komponentama re drivera. Specifikacije ispitivanja su u skladu s LRD aktivnim kabelom CTS verzije 0.8. Ispitne stavke uglavnom su podijeljene u sljedeće tri stavke:

Test u frekvencijskoj domeni

Vremenska domena – ispitivanje samostalnog kabela

Vremenska domena – test oka izlaznog kabela

5.1 ispitivanje frekvencijske domene

Integrirani povrat-gubitak (IRL)

Integrirana višestruka refleksija (IMR)

Operativna marža kanala (COM)

Slika 7: dijagram povezivanja S parametara snimljenih VNA vektorskog mrežnog analizatora

Za ispitne predmete u frekvencijskoj domeni, metoda ispitivanja je ista kao i kod pasivnih kabela. S parametri se dohvaćaju pomoću vektorskog mrežnog analizatora VNA. Postoji 8 s4p datoteka (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, dvosmjerne) za brze diferencijalne parove, te putem get_ iPar_ V0p91a softvera za analizu.

5.2 vremenska domena – samostalni test kabela

Maska za ugradnju kabela (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): gubitak umetanja

OUTPUT_ Buka (): standardna devijacija izlaznog šuma (isključujući nelinearni šum)

SIGMA_ E (𝝈): standardna devijacija izlaznog nelinearnog šuma

Kabel CM_ Šum: AC zajednički način rada

Ispitivanje tijela kabela (isključujući sustav ISI i podrhtavanje) uglavnom ispituje gubitak umetanja, izlazni šum, nelinearni šum i AC zajednički način samog kabela. Ispitna veza prikazana je na donjoj slici. Pod TP2 izlazom (kao što je prikazano u Tablici 4) uzorak, zamah, bez podrhtavanja, bez SSC, bez postavki TX EQ, kao što je"uzorak: prbs15, swing 800mv, SSC isključen, podrhtavanje isključeno, unaprijed postavljeno 0 [GG ] quot;, generator signala prvo povezuje najgori pasivni kabel za testiranje, osciloskop snima valni oblik *. Bin, zatim mijenja LRD kabel za testiranje i provodi sljedeću analizu parametara kroz softver, Zatim usporedite LRD kabel. Rezultat ispitivanja mora biti jednak ili bolji od pasivnog kabela. Test će pokriti tri brzine: USB4 Gen2 / Gen3 i USB 3.2 Gen2.

Napomena:"najgori slučaj pasivni kabel" odnosi se na pasivni kabel s maksimalnim gubitkom umetanja unutar specifikacije kabela, kao što je 1m USB 3.2 Gen2 pasivni kabel, 2m USB4 Gen2 pasivni kabel i 0,8m USB4 gen3 pasivni kabel.

Slika 8: spojna shema za ispitivanje tijela kabela

5.3 vremenska domena - ispitivanje očnog dijagrama izlaza kabela

(Eye Test)

5.3.1. USB4 Gen2 / Gen3 test:

Ispitivanje dijagrama spoja izlaznog kabela (uključujući sustav ISI i podrhtavanje) prikazano je na donjoj slici. Testno okruženje je isto kao i testno okruženje za provjeru autentičnosti USB4 host/uređaja RX prijemnika. Najprije je potrebno ispraviti USB4 RX testno okruženje. Možete izravno upravljati generatorom uzoraka Anritsu mp1900 putem aplikacije za testiranje grl-usb4-rx, kao što je prikazano na slici 9. Kalibrirajte testno okruženje USB4 RX pomoću keysighta ili Tektronix osciloskopa.

Nakon kalibracije, spojite"u gorem slučaju pasivni kabel" prvo tijekom testa. Postavka uvjeta ispitivanja uključuje izlaz prbs31 u uzorku Gen i postavljanje USB4 unaprijed postavljene (ukupno 16 grupa). Nakon što signal prođe kroz kabel, snimite pet valnih oblika u osciloskop, a 80 valnih oblika potrebno je uhvatiti u svakoj skupini velikom brzinom; Zatim, pod istim uvjetima ispitivanja, uklonite pasivni kabel, zamijenite LRD kabel i snimite valni oblik na osciloskop; Zatim su dijagram očiju, širina očiju i područje oko očiju testirani i analizirani softverom USB4 sigtest.

Slika 10: USB4 gen3 / Gen2 kabel izlazni dijagram test veze

USB4 određivanje rezultata Gen2 / Gen3 testa (prosjek od 5 snimanja):

LRD kabel najbolje područje oko očiju ≥ pasivni kabel najbolje područje oko očiju

I širina oka LRD kabela ≥ 0,9 * pasivnog kabela

1.3.2. USB Gen2 test:

Testno okruženje je isto kao i testno okruženje za provjeru autentičnosti usb3.2 RX prijemnika. Najprije je potrebno ispraviti USB 3.2 RX testno okruženje (kao što je prikazano na slici 11). Anritsu mp1900 generator uzoraka može se automatski kontrolirati izravno putem aplikacije grl-usb3-rxtest i kalibrirati s keysightom ili Tektronix osciloskopom

Nakon kalibracije, u uvjetima USB 3.2 Gen2 RX testa, odaberite Rx za kalibraciju okruženja PJ @ 100MHz. Nakon što prođe kroz uređaj i LRD kabel, osciloskop bilježi valni oblik pet puta, a zatim ga analizira pomoću softvera usb3sigtest i 7 CTLE predložaka. (usb3 sigtest u početku ima samo jedan predložak ctle_5db, a potrebno je ručno postaviti i dopuniti ctle_0db ~ ctle_6 DB predložak)

Procjena rezultata USB 3.2 Gen2 testa, (prosječna vrijednost od 5 snimanja):

LRD kabel najbolje područje oko očiju ≥ pasivni kabel najbolje područje oko očiju

I širina oka LRD kabela ≥ 0,9 * pasivnog kabela

Sažetak

USB tip-C se široko koristi u računalima i povezanim perifernim uređajima, kao i pasivnim i aktivnim kabelima. Neki podržavaju samo USB 2.0 i punjenje, a neki podržavaju USB 3.2 i USB4; Sve su to USB tip-C konektori, koji podržavaju različite mogućnosti i brzine, što je lako zbuniti korisnike. USB udruga također se usredotočuje na korisničko iskustvo i posvećena je kabelu tipa C, koji može zadovoljiti sve aplikacije. U dijelu aktivnog kabela, specifikacija mora podržavati dvosmjerni prijenos, pozitivni i negativni priključak, dvokanalni (x2) itd. Uzimajući USB4 LRD aktivni kabel kao primjer, može podržavati USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, PD punjenje itd. kako biste zadovoljili USB tip-C aplikaciju s jednom linijom.

Najveća razlika između aktivnog USB kabela tipa C i pasivnog kabela je u tome postoje li aktivne komponente, što također dovodi do različitih metoda za testiranje brzih diferencijalnih signala. Test aktivnog kabela usvaja postojeću visokofrekventnu metodu ispitivanja USB4 hosta i uređaja, a za testiranje koristi visokofrekventni generator signala i visokofrekventni osciloskop. Testno okruženje i metode su relativno složene, GRL nudi automatizirana rješenja za testiranje za USB4 testiranje, što može smanjiti složenost testiranja. GRL ima bogato iskustvo u podešavanju EQ, pojačanja i drugih parametara te pružanju pomoći korisnicima u otklanjanju pogrešaka. GRL također može pružiti USB4 host i uređaj, USB4 pasivni kabel, USB4 aktivni kabel i druge usluge testiranja i certificiranja.

Referenca

Specifikacija USB Type-C kabela i konektora, izdanje 2.1, svibanj 2021

USB Type-C konektori i sklopovi kabela CTS, revizija 2.1b, lipanj 2021.

Specifikacija zahtjeva kompatibilnosti USB4™ Thunderbolt3™, verzija 1.0, siječanj 2021.

USB4™ Thunderbolt3™ kompatibilnost CTS, revizija 1.0, siječanj 2021.

USB Power Delivery CTS, revizija: 1.2, verzija 2, 20. lipnja 2021.

Specifikacija funkcionalnog testa USB tipa C, poglavlja 4 i 5, 23. svibnja 2021., Rev 0.88