usb3.0信号测试软件,USB3.0的物理层接收端的测试方法 (完整版)

USB3.0的接收机测试包括误码率和抖动容限测试,通常使用BERT进行。力科的PeRT3支持传统测试方法和Loopback BERT方法,具备协议层分析能力,可加速测试过程。接收机测试中,PeRT3与SDA813Zi示波器配合,确保信号幅度、去加重和抖动参数满足规范要求,确保USB3.0接收端的抖动过滤能力和误码率达标。

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USB3.0的Receiver测试的两种方法

由于USB3.0的速率高达5Gbps,在USB3.0规范中接收机测试成为必测项目。接收机测试包括了误码率测试和接收机抖动容限测试两部分。

对于Receiver Compliance测试,需要使用误码率测试仪BERT(Bit Error Ratio Tester,简称BERT),比如力科的PeRT3。BERT由Pattern Generator和Error Detector组成。如下图1左图所示为传统的BER测试和抖动容限测试的示意图。BERT的Pattern Generator发送出特定的测试码流,码流中添加了定量的抖动,通过参考测试信道后到达待测试芯片(DUT)的RX端,DUT设置为retimed loopback模式(重定时自环模式),将接收到的数据从芯片的TX端发送到BERT的Error Detector,BERT分析收到的码流和发送的码流,对错误的比特计数,得到误码率。调节Pattern Generator输出码流在各种频段的抖动值,并测试误码率,可以得到DUT的抖动容限。

对于USB3.0的接收机测试还可以使用另一种方法:即Loopback BERT Method。如下图1的右图所示:DUT的接收端工作在Loopback BERT模式,直接分析BERT发送出的已知的测试码流,对接收到的误码计数,误码数量存入误码寄存器(如下图1的Error Register),LeCroy PeRT3直接读取误码寄存器,得到误码率和抖动容限测试结果。

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两种测试方法对比,前者是串行信号接收端测试通常使用的传统方法,其误码判定在BERT端,即在DUT的外部进行BER测试;后者是USB3.0芯片接收端直接测量误码率,测试仪器读取待测试芯片的误码寄存器来了解误码值,即DUT内部进行BER测量。力科的PeRT3同时支持以上两种测试方法。

力科的接收机测试方案——PeRT3

PeRT3是Protocol-enabled Receiver and Transmitter Tolerance Tester的简写(如下图2所示)。首先具备了BERT的Pattern Generator和Error Detector功能,可以对输入信号注入不同频段的随机抖动和固有抖动,而且独有的协议层分析能力可以对DUT进行初始化和遥控,控制其进入或退出环回模式,使接收机测试更加方便和快捷,还可以测量Frame Error Rate,并识别和记录协议层的错误。

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对于USB3.0的接收端测试,需要配置PeRT3和实时示波器SDA813Zi,SDA813Zi用于校准PeRT3的码型发生器输出信号的幅度和抖动等指标。

在接收机测试中,码型发生器和待测试芯片的扩频时钟功能(SSC)都打开,输出信号的特征需满足下图3所示:信号的峰峰值大于750毫伏,-3dB的去加重,随机抖动的RMS值为0.0121UI(Unit Interval的简称,即1个比特的时间),即0.0121*200ps = 2.42ps,添加的正弦抖动的频率为500kHz、1MHz、2MHz、4.9MHz、50MHz,其对应的抖

### USB3.0接口信号特性及规范 #### 一、基本概念 USB3.0标准定义了一系列新的物理层特性和电气规格,旨在提供更高的数据传输速率和支持更复杂的通信需求。为了实现这一目标,USB3.0引入了全新的差分信令机制和改进的数据编码方案。 #### 二、差分信令与线路配置 USB3.0采用差分信令技术来提高抗干扰能力和降低电磁辐射。每一对差分线由两条平行走线组成,在发送端施加相反极性的电压波形;接收端则通过比较这两条线上电平差异来进行解码[^1]。这种设计不仅增强了信号完整性还允许双向同时通讯即全双工模式操作。 #### 三、SuperSpeed Plus (SSP) 性能提升 相较于早期版本,USB3.0支持高达5Gbps的理论最大吞吐量,并且后续推出的USB3.1更是将其翻倍至10Gbps。这得益于采用了更加高效的调制方式如8b/10b编码转为128b/132b编码减少冗余开销从而有效提升了实际可用带宽[^2]。 #### 四、电源管理优化 除了增强型的数据传输性能外,USB3.0还在节能方面做出了显著改善。例如新增低功耗状态U1/U2用于快速唤醒恢复的同时保持较低能耗水平;另外还有长时间闲置进入更深睡眠态的能力使得整体系统效率更高[^4]。 ```python # Python伪代码展示如何查询当前USB设备的工作状态(简化版) import usb.core def get_usb_device_status(): devices = list(usb.core.find(find_all=True)) for dev in devices: try: print(f'Device ID {dev.idVendor}:{dev.idProduct} is at power state U{dev._ctx.backend.get_port_status(dev.bus, dev.address)["wPortStatus"] & 0xF}') except Exception as e: print(e) get_usb_device_status() ```
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