USB4 LRD Active Cable Test and Certification

Specifikacija USB4 aktivnog kabla prati USB tip-C konektor i specifikaciju kabla. trenutno je najnovija verzija Rev. 2.1. Dodata je definicija EPR (prošireni raspon snage) kabla, a ECN (obavijest o inžinjerskoj promjeni) prethodnog aktivnog kabela je integriran u ovu verziju. Hajde da' pogledamo aktivni USB tip-C kabl.

USB 3.2 kratki aktivni kabel

USB4 kratki aktivni kabel

USB 3.2 optički izolovani aktivni kabl (OIAC)

Među njima, OIAC je kabl sa optičkim vlaknima dužine 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, mašinski vid, daljinske senzore, profesionalne video i medicinske aplikacije. Međutim, električna specifikacija USB4 linearnog optičkog aktivnog kabla nije definirana; zatim ćemo uvesti dio kratkog aktivnog kabela.

Kratak aktivni kabl aktivni kabl

U dužini od 5 metara

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 kabl:

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

* aktivni kablovi koji podržavaju samo jedan kanal (x1) nisu dozvoljeni

-Alt mod opciona podrška

USB4 aktivni kabl:

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

-Tbt3 alt mod mora biti podržan

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

Aktivni kabel mora biti napajan putem vconn-a

Aktivni kabl sadrži komponente repetitora, kao što su retimer ili re drajver, uglavnom za signale velike brzine TX1, TX2, rx1 i rx2. Razvoj ponovnog tajmera je složen i skup. Linearni re drajver kabl (LRD) kojim dominira re drajver ima karakteristike niske složenosti, niske potrošnje energije i niske cene. Iako je tek kasnije dodat u USB ekosistem i uključen u USB type-C specifikaciju, LRD kabl je prvi put predstavljen na tržištu. Na primjer, 40Gbps dvometarski Thunderbolt 4 kabel je LRD kabel koji podržava USB4.

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

Pošto LRD kabl nema CDR (oporavak podataka sata), podrhtavanje i šum primljeni na ulazu kabla će se preneti na izlaz kabla; Istovremeno, RX EQ može takođe pojačati visokofrekventnu buku; Zbog dodavanja aktivnih komponenti, impedansa pad kartice će biti diskontinuirana; Kao i dugi kablovi, lako je izazvati neusklađenost dužine i veliku pn kosinu u proizvodnom procesu, što dovodi do toga da zajednički režim naizmenične struje premašuje specifikaciju. Na osnovu gore navedenih tačaka, u projektu će se uzeti u obzir sljedeće:

Visokofrekventni šum uzrokovan kablovima

Da li je EQ unutar kabla pravilno balansiran i da li je signal nedovoljan ili prebalansiran?

Usklađivanje impedancije dodatnih komponenti unutar aktivnog kabla

Pn iskošenje para kablova velike brzine

Podrška za funkciju LRD kabla i najava eMarkera

To je navedeno u tabeli 6-3 USB tip-C konektora& kabl Rev 2.1 specifikacija (kao što je prikazano u tabeli 2), USB4 pasivni kabl i USB4 aktivni kabl (osim OIAC) moraju podržavati USB4, usb3, USB2 i tbt3.

Konkretno, USB4 LRD kabl je aktivan kabl, ali u postavci VDO ID zaglavlja eMarkera, B29... B27 mora biti deklarisan kao pasivni kabl (011b) i deklarisan pomoću pasivnog kabla VDO. Budući da je LRD kabel ugrađen u USB specifikaciju u kasnijoj fazi, on je uglavnom kompatibilan sa tbt3 proizvodima na tržištu. Mora biti deklarisan kao pasivan. Iako je tip proizvoda deklarisan kao pasivan, otkrivanje tbt3 će se nastaviti u procesu komunikacije USB4 discover_ SVID (0x8087), a zatim će se proceniti da li je"USB4 sa aktivnim kablom tbt3 gen3".

Usb-if objavljuje novi USB4 logo i ikonu

Usb-if je održao seminar USB devdays 2021 u Sijetlu (30. septembra do 1. oktobra) i objavio novi logo i ikonu nazivne snage USB tipa-C kabla u kombinaciji sa EPR (prošireni opseg snage) specifikacijom, kao što je prikazano u tablicu ispod, tako da korisnici mogu brzo identificirati brzinu i snagu koju podržavaju USB proizvodi. Kabl koji je prvobitno podržavao 100W (20V / 5A) se više ne koristi; Kabl koji nosi 5A mora podržavati EPR 240W (48V / 5A).

Tabela 3: logo i ikona novog certificiranog USB tip-C kabela (izvor: usbdevdays 2021)

Aktivni kabl LRD kabla dodaje pokretač aktivne komponente kako bi dužina nosača kabla bila duža. U praktičnoj upotrebi i testu sertifikacije, koncept je da performanse LRD kabla treba da budu u skladu sa ili čak bolje od pasivnog kabla. Odnosno, pod istim postavkama okruženja za testiranje, lrdkabel mora biti jednak ili bolji od pasivnog kabla u poređenju sa pasivnim kablom.

Stavke za testiranje LRD certifikata uključuju:

Usb-c funkcionalni test

USB PD e-marker test

Aktivno napajanje kabla: IR pad i potrošnja energije

Termička zaštita od pregrijavanja

Ispitivanje LRD električnih karakteristika

Test kompatibilnosti LRD kabela (još uvijek u raspravi)

Detaljan električni test LRD kabla je kako slijedi:

1. Usb-c funkcionalni test

Prema specifikaciji testa usb-c funkcije, test kabela je sljedeći:

TD 4.1.3 Test kabla bez napajanja

TD 4.13.5 Kabl EnterUSB i test resetovanja podataka

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Test zamjene kabela Vconn

TD 4.14.2 Test resetovanja kabla

TD 4.14.3 Test alternativnog načina rada kabla

TD 4.14.4 Kabl USB 3.2 Test

TD 4.14.5 Test USB4 kabla

2. USB PD: e-marker test

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

Uobičajene procedure i provjere

Testovi specifični za fizički sloj

Testovi specifični za protokol

LRD kabel mora podržavati tbt3 i potvrditi da li su tbt3 najava i SOP odgovor tačni

Odgovor Cable SOP' Discover Identity

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

[ID Header VDO] B29..27 (tip proizvoda) postavljen 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 (zaokruženo/zaobljeno&pojačalo; nema) postavljeno na 01b (oba)

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

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

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

B25 (aktivan/pasivan) do 1b (aktivan)

3. Zahtjevi za napajanje aktivnog kabela

3.1. Specifikacije IR pada za VBUS i kablove za uzemljenje su iste kao i kod pasivnih kablova

VBUS IR pad: ≤500 mV

IR pad uzemljenja: ≤250 mV

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

Snaga koju troši vconn ≤ 1,5W

4. Termički test

Iz sigurnosnih razloga, senzor temperature mora biti postavljen unutar aktivnog kabela. Kada temperatura površine plastične školjke aktivnog kabla dostigne 80 ℃ ˚ C ili temperatura metalne površine dostigne 55 ˚ C. USB 3.2/usb4 prenos podataka mora biti zaustavljen.

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

Površinska temperatura (TS) plastične školjke aktivnog kabla uglavnom uključuje radnu temperaturu (TMB) povezane matične ploče domaćina i uređaja, aktivne komponente u kablu i trenutnu temperaturu okoline (TA). Stvarni certifikacijski test uglavnom je podijeljen u dva dijela: površinska temperatura (TS) i termičko isključenje. Testno okruženje je prikazano na slici ispod:

4.1 Temperatura površine (Ts)

površinska temperatura

Kao što je prikazano na slici 3, testirajte vezu, simulirajte matičnu ploču domaćina/uređaja kroz ploču grijača uređaja za termalni test na sobnoj temperaturi i pustite da temperatura TMB poraste na (TA + 25) ˚ C) Zatim povežite aktivni kabel i postavite puno opterećenje od hosta do uređaja (uključujući istovremeni prijenos podataka velike brzine i PD 100W opterećenje). U ovom trenutku, pomoću infracrvene kamere saznajte područje najveće temperature utikača kabla (slika 4) i zalijepite"termalni par" flaster na ovoj visokoj temperaturi za temperaturni test (slika 5). Otkrijte temperaturu površine plastične školjke utikača kabla i procenite da li je 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

Testno okruženje za zaštitu od pregrijavanja je isto kao gore. Dodatno, grijač je obložen plastičnom školjkom kabelskog utikača (slika 6). Započnite zagrijavanje grijača na sobnoj temperaturi. Kada temperatura dostigne 85 ℃ ˚ C, utvrđuju se rezultati testa: aktivni kabl treba da zaustavi USB 3.2/usb4 prenos podataka.

Slika 6: fleksibilni grijač za grijanje

Napomena: za opremu za termičko testiranje aktivnog kabla i prateću dodatnu opremu, molimo kontaktirajte OD Liao@luxshare -ict.com

Electrical Test

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

Test u frekvencijskom domenu

Vremenska domena – samostalni kablovski test

Vremenska domena – test oka izlaznog kabla

5.1 test frekvencijskog domena

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 stavke u frekventnom domenu, metoda ispitivanja je ista kao i kod pasivnih kablova. S parametri se preuzimaju pomoću vektorskog mrežnog analizatora VNA. Postoji 8 s4p datoteka (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, dvosmjerni) za brze diferencijalne parove, i kroz get_iPar_ V0p91a softver za analizu.

5.2 vremenski domen – samostalni test kabla

Maska za pričvršćivanje kabla (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): gubitak pri umetanju

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

SIGMA_ E (𝝈): standardna devijacija izlaznog nelinearnog šuma

Kabel CM_ Buka: AC zajednički mod

Test kućišta kabla (isključujući sistem ISI i podrhtavanje) uglavnom testira gubitke pri umetanju, izlazni šum, nelinearni šum i AC zajednički mod samog kabla. Testna veza je prikazana na donjoj slici. Ispod TP2 izlaza (kao što je prikazano u tabeli 4) šablon, zamah, bez podrhtavanja, bez SSC, bez podešavanja TX EQ, kao što je"uzorak: prbs15, zamah 800mv, SSC isključen, jitter off, unapred podešeno 0 [GG ] quot;, generator signala prvo povezuje najgori pasivni kabl za testiranje, osciloskop snima talasni oblik *. Bin, zatim mijenja LRD kabel radi testiranja i vrši sljedeću analizu parametara kroz softver, Zatim uporedite LRD kabel. Rezultat ispitivanja mora biti jednak ili bolji od pasivnog kabla. Test će pokriti tri brzine: USB4 Gen2 / Gen3 i USB 3.2 Gen2.

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

Slika 8: dijagram povezivanja za ispitivanje tijela kabela

5.3 vremenska domena - test oka dijagrama izlaza kabla

(Eye Test)

5.3.1. USB4 Gen2 / Gen3 test:

Ispitivanje dijagrama oka izlaza kabla (uključujući sistem ISI i podrhtavanje) prikazano je na donjoj slici. Testno okruženje je isto kao i okruženje za testiranje autentifikacije USB4 host/uređaja RX prijemnika. Prvo treba ispraviti USB4 RX testno okruženje. Možete direktno kontrolisati Anritsu mp1900 generator šablona putem aplikacije za testiranje grl-usb4-rx, kao što je prikazano na slici 9. Kalibrirajte okruženje za testiranje USB4 RX pomoću keysight-a ili Tektronix osciloskopa.

Nakon kalibracije, spojite"u gorem slučaju pasivni kabel" prvo tokom testa. Postavka uslova testiranja uključuje izlaz prbs31 u šablonu Gen i podešavanje USB4 unapred podešenog (ukupno 16 grupa). Nakon što signal prođe kroz kabl, uhvatite pet talasnih oblika u osciloskop, a 80 talasnih oblika treba da se uhvati u svakoj grupi velikom brzinom; Zatim, pod istim uslovima ispitivanja, uklonite pasivni kabl, zamenite LRD kabl i snimite talasni oblik na osciloskop; Zatim su dijagram očiju, širina očiju i područje oko očiju testirani i analizirani softverom USB4 sigtest.

Slika 10: USB4 gen3 / Gen2 kabl 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 kabla ≥ 0,9 * pasivnog kabla

1.3.2. USB Gen2 test:

Testno okruženje je isto kao i testno okruženje za provjeru autentičnosti usb3.2 RX prijemnika. Prvo treba ispraviti USB 3.2 RX testno okruženje (kao što je prikazano na slici 11). Anritsu mp1900 generator šablona može se automatski kontrolisati direktno preko grl-usb3-rxtest aplikacije i kalibrirati pomoću keysight-a ili Tektronix osciloskopa

Nakon kalibracije, pod uslovima USB 3.2 Gen2 RX testa, odaberite Rx da kalibrirate PJ okruženje na 100MHz. Nakon prolaska kroz uređaj i LRD kabl, osciloskop hvata talasni oblik pet puta, a zatim ga analizira pomoću softvera usb3sigtest i 7 CTLE šablona. (usb3 sigtest u početku ima samo jedan šablon ctle_5db, a potrebno je ručno postaviti i dopuniti ctle_0db ~ ctle_6 DB šablon)

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

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

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

sažetak

USB tip-C se široko koristi u računarima i srodnim perifernim uređajima, kao i pasivnim i aktivnim kablovima. 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 asocijacija se također fokusira 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 podržati USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, PD punjenje, itd. za ispunjavanje USB type-C aplikacije s jednom linijom.

Najveća razlika između USB tip-C aktivnog kabela i pasivnog kabela je da li postoje aktivne komponente, što također dovodi do različitih metoda za testiranje brzih diferencijalnih signala. Test aktivnog kabla usvaja postojeću metodu visokofrekventnog testiranja USB4 hosta i uređaja, a za testiranje koristi generator signala visoke frekvencije i visokofrekventni osciloskop. Testno okruženje i metode su relativno složene, GRL pruža automatska rješenja za testiranje za USB4 testiranje, što može smanjiti složenost testiranja. GRL ima bogato iskustvo u podešavanju EQ, pojačanja i drugih parametara i pružanju pomoći korisnicima u otklanjanju grešaka. GRL također može pružiti USB4 host i uređaj, USB4 pasivni kabel, USB4 aktivni kabel i druge usluge testiranja i certifikacije.

Referenca

Specifikacija USB Type-C kabla i konektora, izdanje 2.1, maj 2021

USB Type-C konektori i sklopovi kablova CTS, revizija 2.1b, jun 2021.

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

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

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

Specifikacija funkcionalnog testa USB tipa C, Poglavlje 4 i 5, 23. maja 2021., Rev 0.88