一、USB 3.0高速电缆性能测试
1、USB3.介绍0高速电缆及规范要求
为了高速传输信号，USB3.0采用全双工通信方式，通过两对高速差分线传输和接收数据USB2.0采用半双工通信法，只有一对差分线发送和接收数据。USB3.0的电缆和横截面图如下图1所示。为了确保USB 3.0的高速电缆具有良好的信号完整性，确保5的高质量传输Gbps速度信号，USB 3.0规范对其电缆特性有特殊要求。如：
图1 USB3.0电缆及其横截面
规范的5.6.1.1.1规定高速屏蔽电缆的特征阻抗为：90 ohms /- 7ohms (2000年升时间为200ps(10%-90%)的TDR测量)。
规范的5.6.1.1.2规定高速屏蔽电缆内部两条电缆之间的偏移小于：15ps/m (使用快沿上升时间为200ps(10%-90%)的TDT测量)。
规范的5.6.1.2规定高速连接器的阻抗变化范围为90 ohms /- 15 ohms (使用快速上升时间为50ps(20%-80%)的TDR测量)。
规范的5.6.1.3.1规定了高速屏蔽电缆在不同频率下入损耗的差异SDD12。
规范的5.6.1.3.2规定了高速差异之间的近端串扰(Near-End Crosstalk)。
规范的5.6.1.3.3规定了两个信号之间的串扰，包括近端串扰和远端串扰(Near-End/Far-End Crosstalk)。
规范的5.6.1.3.4规定了高速差分对差模与共模转换比(Differential-to-Common Mode-Coversion)。
S参数表示了规范对高速电缆的主要要求，如下图2所示：
图2 USB3.曲线的参数特征曲线
2.测试仪器和方法
SPARQ-S parameters,Qucik，是力科推出的一种性价比高的S参数测试仪，主要用于高速信号信号完整性领域，可实现一键式快速测量，内部集成校准件(省去了极其繁琐的手动校准过程)，TDR上升时间为6ps，最大端口为12端口，带宽0-40GHZ，非常小巧轻便，可测量TDR阻抗(可实现不同归一化的上升时间)TDT传输延迟、单端和混合模式S参数(传输损耗、近端/远端串扰、近端/远端串扰)等。
具体的测试方法是将USB3.0的电缆两端分别连接到夹具上，然后通过夹具上SMA同轴头和SPARQ的SMA线缆连接到SPARQS参数(包括传输损耗、近端串扰、远端串扰等参数)，TDR如下图3所示，测量阻抗、传输延迟等参数。
图3 USB3.0线缆测试连接图
二、USB3.0发射机物理层测试
1.介绍发射机测试及规范要求
发射机信号质量测试是所有低速和高速信号都需要测试的项目。主要内容包括信号范围、眼图、抖动、上升时间等。USB3.0规范还严格要求发射机信号的物理层特性，如：
规范的6.7.第一章规定了发射机的一些电气性能参数(Normative)。
规范的6.7.第三章规定了发射机的眼图和抖动性能参数(Normative)。
规范的6.7.1章节和6.7.第五章还规定了发射机的一些参考要求(Informative)。
此外，USB3.0规范的第6.9章节还对低频周期信号LFPS(主要用于控制Low power link mode,Link Training,Warm reset等)规定了电气特性和时序特性。
2.测试仪器和方法
原则上，发射机只需要一个高带宽示波器(力科)SDA813Zi-A)加上相应的测试夹具和一致性测试软件(力科)Qualiphy-USB3一致性测试软件)软件(EyedoctorII信号完整性分析软件)。为了获得更好的测试效果，USB3.0规范规定，不同的测试项目需要使用不同的一致性测试码类型，如眼图/Tj/Dj需要使用测量CP0一致性测试码、SSC(扩频时钟)/Rj需要使用测量CP需要测试代码来加重测量CP7码，差分信号摆幅测试需要CP8码。因此，用户需要在进行不同的测试项目时设置测试项目DUT输出所需的代码类型不仅会降低测试效率，而且很难为许多系统级用户设置DUT是的，这样的测试怎么能更自动化呢？若测试仪器能和DUT握手，需要什么样的测试码？DUT发送指令要求其输出此类代码，不仅会解决设置问题，还会使发射机物理层信号测试非常自动化。下面介绍的力科PeRT3将具备此功能。
具体的测试方法是测试DUT的Tx端子通过夹具和SMA根据示波器，同轴电缆连接到示波器进行测试Qualiphy-USB3软件的提示去切换DUT输出相应的一致性测试码，软件将自动收集100万个UI测试代码。测试连接图和测试结果报告如下图4、图5所示：
图4 发射机测试连接示意图
图5 测试报告(LFPS部分)
三、USB3.0接收机物理层测试
1.介绍接收机测试及规范要求
由于USB3.因此，规范规定不仅要测试发射机信号，还要测试接收机信号，USB3.0测试规范第六.8.第五章规定，接收机的一致性测试需要注入CP在0一致性测试码中Sj，Rj，Equalization，Amplitude Swing等。在实际调试中，不仅需要一致性测试，还需要抖动容量限制测试(两者的区别可以参考另一篇文章:高速信号接收器测试)。
图6 接收机测试连接示意图
图7 需要注入接收机容量测试的抖动参数
2.测试仪器和方法
力科的PeRT三是专门针对高速串行标准的USB3.0、PCIE3.开发了0等接收端测试。它的全名是接收端和发送端容限测试仪，具有协议能力。它与传统的BERT误码测试仪最大的区别之一就是它有协议握手的能力，可以和被测试的测试DUT握手通信的实现非常方便DUT进入接收机测试所需的环回(Loopback)模式。
因为PeRT3具有协议握手能力，因此上述发射机测试中提到的设置DUT通过示波器和PeRT实现自动化测试的组合。
具体的测试方法是先结合示波器对力科PeRT3按照USB3.0规范设定的信号抖动、幅度等输出的各项参数进行校准，校准完后，连接PeRT3和被测DUT，通过PeRT协议握手能力发送一系列训练码，使被测量DUT进入环回(Loopback)测试模式，DUT进入环回模式后，PeRT3.开始发送抖动和预加重CP0一致性测试码，开始测试和分析误码。如下图8所示，连接示意图。
图8 接收机测试连接示意图
图9 接收机测试设置步骤及测试结果
四、力科针对USB3.0整体测试方案
力科设置了多种配置方案，用户可根据情况选择：
1.如果只测试发射机，用户可以自行设置DUT发出CP0-CP8中所需的一致性测试码型只需选择示波器SDA813Zi还有相应的软件包和夹具。
2.如果只测试发射机，需要允许DUT可选择自动切换一致性测试码型SDA813Zi PeRT以及相应的软件包和夹具。此时还可以实现接收机的一致性测试。
3.如果发射机和接收机需要完全自动化的一次性测试，可以选择在测试完成后生成一份完整的报告，包括发射机和接收机测试SDA813Zi PeRT3 高速电子开关及相应的软件包及夹具。
除此之外，在USB3.在0的调试过程中，力科示波器也可以USB3.0协议分析仪的功能集成在示波器上，不仅可以实现物理层的测试分析，还可以实现协议层的测试分析，如下图所示：
图10 基于示波器USB3.协议层分析功能0
五、小结
本文简要介绍USB3.0一致性测试的规范要求、测试仪器和方法。力科示波器S参数测试仪SPARQ、具有协议使能功能的误码测试仪是USB3.0的一致性测试提供了非常全面的测试解决方案，
六、参考文献
1、USB3.0规范