USB 3.0接收端測試
USB 3.0接收端測試類似于其它高速串行總線接收端的一致性測試，一般分為三個階段，開始是受壓眼圖校準，然后是抖動容限測試，最后是分析。下面讓我們看看這個過程的流程圖（圖4）。
受壓眼圖校準使用最糟糕信號，這個信號通常在垂直方向（通過增加的抖動）和水平方向（通過將幅度設(shè)置為接收端在部署時能看到的最低值）都有損傷。當任何測試夾具、電纜或儀器發(fā)生改變時都必須執(zhí)行受壓眼圖校準。
抖動容限測試將校準后的受壓眼圖用作輸入，然后施加更高頻率帶來的附加正弦抖動（SJ）。這種SJ將作用于接收端內(nèi)的時鐘恢復電路，因此不僅使用最差信號條件測試了接收端，而且時鐘恢復也得到了明確的測試。最后，通過分析評估測試完成后是否需要執(zhí)行額外的設(shè)計任務才能達到一致性。
受壓眼圖校準過程首先要用一致性夾具、電纜和通道設(shè)置好測試設(shè)備（圖5）。下一步是反復測量和調(diào)整各種類型的外加應力，如抖動。校準步驟執(zhí)行時不需要DUT，但需要一致性測試夾具、通道以及測試設(shè)備產(chǎn)生的特定數(shù)據(jù)圖案。測試儀器應能執(zhí)行兩種功能——能夠增加各種應力的圖案發(fā)生功能，以及抖動和眼圖測量等信號分析功能。
校準受壓眼圖時必須完成三種損傷校準：RJ、SJ和眼圖高度。每種校準都要求對圖案發(fā)生器和分析儀進行特定的設(shè)置。對每組電纜、適配器和儀器也必須做一次受壓眼圖校準。
由于使用不同的適配器和參考通道組，主機和設(shè)備將經(jīng)過不同的受壓眼圖校準過程。一旦完成后，校準眼圖的設(shè)置可以重復使用，只有當設(shè)備設(shè)置發(fā)生改變時才必須做再次校準。
額外的圖案發(fā)生器要求
前面已經(jīng)介紹了要求校準的全部事項，下面讓我們再看看每步校準對圖案發(fā)生器的附加要求，包括使用的數(shù)據(jù)圖案、去加重程度、SSC是否應激活等。在受壓眼圖校準方案中，列出了兩種圖案，即CP0和CP1。表3列出了所有的USB 3.0一致性圖案供參考。
CP0是一種8b/10b編碼、PRBS-16數(shù)據(jù)圖案（將D0.0字符送到USB 3.0發(fā)送端中進行擾碼和編碼的結(jié)果）。經(jīng)過8b/10b編碼后，最長的連1或連0長度從PRBS-16圖案中的16比特減少到了5個比特。CP3是類似于8b/10b編碼過的PRBS-16的圖案，其中包含最短（單個比特）和最長的相同比特序列。
USB 3.0接收端測試
USB 3.0接收端測試類似于其它高速串行總線接收端的一致性測試，一般分為三個階段，開始是受壓眼圖校準，然后是抖動容限測試，最后是分析。下面讓我們看看這個過程的流程圖（圖4）。
受壓眼圖校準使用最糟糕信號，這個信號通常在垂直方向（通過增加的抖動）和水平方向（通過將幅度設(shè)置為接收端在部署時能看到的最低值）都有損傷。當任何測試夾具、電纜或儀器發(fā)生改變時都必須執(zhí)行受壓眼圖校準。
抖動容限測試將校準后的受壓眼圖用作輸入，然后施加更高頻率帶來的附加正弦抖動（SJ）。這種SJ將作用于接收端內(nèi)的時鐘恢復電路，因此不僅使用最差信號條件測試了接收端，而且時鐘恢復也得到了明確的測試。最后，通過分析評估測試完成后是否需要執(zhí)行額外的設(shè)計任務才能達到一致性。
受壓眼圖校準過程首先要用一致性夾具、電纜和通道設(shè)置好測試設(shè)備（圖5）。下一步是反復測量和調(diào)整各種類型的外加應力，如抖動。校準步驟執(zhí)行時不需要DUT，但需要一致性測試夾具、通道以及測試設(shè)備產(chǎn)生的特定數(shù)據(jù)圖案。測試儀器應能執(zhí)行兩種功能——能夠增加各種應力的圖案發(fā)生功能，以及抖動和眼圖測量等信號分析功能。
校準受壓眼圖時必須完成三種損傷校準：RJ、SJ和眼圖高度。每種校準都要求對圖案發(fā)生器和分析儀進行特定的設(shè)置。對每組電纜、適配器和儀器也必須做一次受壓眼圖校準。
由于使用不同的適配器和參考通道組，主機和設(shè)備將經(jīng)過不同的受壓眼圖校準過程。一旦完成后，校準眼圖的設(shè)置可以重復使用，只有當設(shè)備設(shè)置發(fā)生改變時才必須做再次校準。
額外的圖案發(fā)生器要求
前面已經(jīng)介紹了要求校準的全部事項，下面讓我們再看看每步校準對圖案發(fā)生器的附加要求，包括使用的數(shù)據(jù)圖案、去加重程度、SSC是否應激活等。在受壓眼圖校準方案中，列出了兩種圖案，即CP0和CP1。表3列出了所有的USB 3.0一致性圖案供參考。
CP0是一種8b/10b編碼、PRBS-16數(shù)據(jù)圖案（將D0.0字符送到USB 3.0發(fā)送端中進行擾碼和編碼的結(jié)果）。經(jīng)過8b/10b編碼后，最長的連1或連0長度從PRBS-16圖案中的16比特減少到了5個比特。CP3是類似于8b/10b編碼過的PRBS-16的圖案，其中包含最短（單個比特）和最長的相同比特序列。
CP1是用于RJ校準的時鐘圖案。許多儀器在RJ測量時采用dual-Dirac隨機與確定性抖動分離方法。使用時鐘圖案可以避免dual-Dirac方法的一些缺陷，例如將DDJ報告為RJ，特別是針對長圖案。通過使用時鐘圖案，作為ISI結(jié)果的DDJ將從抖動測量中消除，從而形成更精確的RJ測量結(jié)果。
在圖案發(fā)生器和分析儀之間的有損通道（即USB 3.0參考通道和電纜）將導致垂直和水平方向表現(xiàn)為眼圖關(guān)閉的頻率相關(guān)損耗（圖6）。為了解決這種損耗問題，需要使用發(fā)送端去加重技術(shù)提升信號中的高頻分量，從而使BER為10-12或更高的工作鏈路有足夠好的接收眼圖。
從這些眼圖可以看出，沒有去加重時所有幅度名義上都是相同的。采用去加重后，跳變沿比特的幅度要高于非跳變沿比特的幅度，從而有效提升了信號的高頻分量。
在通過有損通道和電纜后，沒有經(jīng)過去加重處理的信號將受到碼間干擾（ISI）的影響，眼圖開度要比經(jīng)過了去加重的信號小。同時，采用去加重的信號是全開的。從這里可以看出，去加重程度會影響ISI和DDJ的程度，進而影響接收端的眼圖開度。
在同步數(shù)字系統(tǒng)（包括USB 3.0）中經(jīng)常使用SSC來減小電磁干擾（EMI）。如果不使用SSC，數(shù)字流頻譜中的載頻（即5Gbps）及其諧波處會出現(xiàn)大幅度的尖峰，并且有可能超過調(diào)整極限（圖7）。
為了防止出現(xiàn)這個問題，可以用SSC擴展頻譜能量。在這個案例中載頻被一個三角波所調(diào)制。用于接收端測試的頻率“擴展”量是5000ppm或25MHz，頻率調(diào)制周期為33kHz或每隔30μs，即三角波的一個周期。經(jīng)過SSC后，頻譜中的能量得到了擴展，不會再有單個頻率破壞規(guī)范極限。
如前所述，USB 3.0中的接收側(cè)均衡可以改善被碼間干擾損傷的信號，這種碼間干擾是由于參考通道和電纜中的頻率相關(guān)損耗引起的。這種概念等同于去加重——通過信號處理方法提升信號中的高頻分量。
雖然設(shè)備或主機中的接收端均衡電路與具體實現(xiàn)有關(guān)，但USB 3.0標準為一致性測試規(guī)定了CTLE（圖8）。這種CTLE必須在進行一致性測試測量（都是針對發(fā)送端測試，在本例中是接收端受壓眼圖校準）之前，由誤碼率測試儀（BERT）或示波器等參考接收端實現(xiàn)，并且通常采用軟件模擬的方式。
使用CTLE模擬進行抖動測量主要影響由信號處理方法引起的抖動，即ISI。CTLE模擬不影響與數(shù)據(jù)圖案（如RJ和SJ）不相關(guān)的抖動分量，雖然根據(jù)一致性測試規(guī)范（CTS）這兩種測量都要求使用CTLE。另一方面，眼圖高度會直接受到影響，因為ISI影響測量。
抖動測量時必須使用具有一致性抖動轉(zhuǎn)移函數(shù)（JTF）的時鐘恢復“黃金PLL”，如圖9中的藍線所示。JTF表明了有多少抖動從輸入信號轉(zhuǎn)移到下游分析儀。在本例中，-3dB截止頻率是4.9MHz。
在更低的SJ頻率（沿著JTF的傾斜部分，此處的PLL環(huán)路響應是平坦的），恢復時鐘跟蹤數(shù)據(jù)信號上的抖動。這樣，相對于時鐘的數(shù)據(jù)抖動將按照JFT得到衰減。在較高的SJ頻率點，JTF變平，PLL響應向下傾斜，信號中的SJ部分被轉(zhuǎn)移到下游分析儀。除了受壓眼圖校準期間的SJ外，所有測量都規(guī)定要使用一致性JTF。
一旦受壓眼圖完成校準，接收端測試就可以開始了。USB 3.0與以前的USB 2.0不同，要求進行BER測試。采用抖動容限測試形式的BER測試僅是接收端測試要求的測試項目。抖動容限測試使用最差輸入信號條件試驗接收端（受壓眼圖的校準見前面部分）。在受壓眼圖頂部，圍繞JTF的-3dB截止頻率且覆蓋一定頻率范圍的一系列SJ頻率和幅度被注入測試信號，同時由誤碼檢測器監(jiān)視接收端的錯誤或比特誤碼，并計算BER。
本文小結(jié)
隨著USB 3.0開始走向主流，需要對發(fā)送端和接收端進行成功的一致性和認證測試，這是將新產(chǎn)品推向市場的關(guān)鍵。這些產(chǎn)品不僅要求能與其它USB 3.0設(shè)備一起工作，而且要滿足消費者對各種條件下的性能和可靠性的期望值。
性能的急劇提高帶來了許多新的測試要求，也使得設(shè)計和認證比前代標準更具挑戰(zhàn)性。幸運的是，有一整套測試工具和資源可以用來協(xié)助SuperSpeed USB商標認證。