USB3.0的物理层发送端测试方案

眼图与抖动测试

在USB3.0的TX的眼图和抖动测试中，测量的是待测试信号经过参考测试信道后TP1点的眼图和抖动。如下图4中的Reference test channel即为参考测试信道，在规范中定义了long channel、short channel和3米电缆三种参考测试信道。如果使用long channel或者较长电缆，信号到达接收端时衰减比较大，眼图已经闭合，USB3.0芯片接收端使用了CTLE均衡器对信号进行均衡后（CTLE均衡器介绍见本文最后一部分），信号眼图的质量将大大改善，所以要求测试仪器分析出CTLE均衡器处理后信号的眼图和抖动。

图4：USB3.0的TX的眼图测试点（来自USB3.0规范）

如下54所示，左边的眼图是靠近TX近端测量到的眼图；中间的眼图是通过兼容性信道（参考测试信道）后测量的眼图，可见眼图的张开程度较小，抖动较大；右边的眼图是仿真CTLE均衡后的眼图，可见眼高和抖动都得到改善。

图5：USB3.0的Transmitter测试在近端、远端和均衡后的眼图对比

眼图和抖动测试中信号源需要发出特别的测试码型，对于眼图测试，需要CP0码型（扰码的D0.0），对于抖动测试，需要CP0码流或者CP1码流（D10.2），前者用于确定性抖动Dj的测量，后者用于随机抖动Rj的测量。眼高必须从连续的1百万个比特叠加的眼图中测量，力科SDA813Zi示波器完成1百万比特的眼图仅需2秒，速度是同类示波器的10-50倍以上。抖动为10e-12误码率时抖动的峰峰值（即总体抖动Tj）。

扩频时钟测试（Spread Spectrum Clock Test）

扩频时钟经常使用在计算机主板的电路上，用于减小电磁辐射。在USB3.0中，需要测试扩频时钟的调制频率和频偏，测试时DUT发送出 CP1码型的数据流（CP1码型为D10.2，即0101连续跳变的码型，相当于频率2.5GHz的时钟），规范要求扩频时钟的调制频率为 30-33KHz之间，频偏在0ppm到-5000ppm之间。如下图6为力科示波器测量扩频时钟的结果。

USB3.0使用的CTLE均衡器

Continuous Time Linear Equalization均衡器（简称CTLE）即连续时间线性均衡器，是一种常见的线性均衡器，在USB3.0芯片的接收端中使用了CTLE均衡器。 USB3.0的速度高达5Gbps，当USB电缆较长时，RX端眼图很可能已闭合，这时分析眼图与抖动是没有意义的。使用力科眼图医生的CTLE均衡仿真后，对均衡后信号测量眼图与抖动指标，可以精确的验证其性能。结合力科的信道仿真功能，直接测量USB3.0的TX，可以迅速评估不同的信道是否需要均衡或者均衡后信号的性能指标如何。

USB的官方组织规定了USB3.0使用的CTLE均衡器的参数，如下图7左上部分为均衡器的频响，右上方的表格是均衡器的参数，下方是力科示波器中集成了USB3.0的均衡器参数，可方便调用。

结语：本文简要介绍了力科测试USB3.0的发送端的解决方案。力科的眼图医生软件可以快速验证经过 USB3.0电缆后远端的信号质量，以及CTLE均衡器均衡后的眼图和抖动，帮助USB3.0开发人员快速测试和验证USB3.0芯片和电路设计。力科第四代示波器SDA813Zi强大的眼图和抖动分析能力，可以快速的调试和分析USB3.0设计中的碰到的各种问题。

参考文献

1, Universal Serial Bus 3.0 Specification, Revision 1.0