Prova i certificació del cable actiu USB4 LRD

L'especificació del cable actiu USB4 segueix les especificacions del connector USB tipus C i del cable. actualment, l'última versió és la Rev. 2.1. S'afegeix la definició de cable EPR (range de potència estès) i s'integra l'ECN (avís de canvi d'enginyer) del cable actiu anterior en aquesta versió. Deixem que's feu una ullada al cable actiu USB tipus C.

Cable actiu curt USB 3.2

Cable actiu curt USB4

Cable actiu USB 3.2 aïllat òpticament (OIAC)

Entre ells, OIAC és un cable de fibra òptica amb una longitud de 50 metres. Actualment, es defineix que pot suportar la velocitat USB 3.2 Gen2 com a màxim (però no és compatible amb la font d'alimentació USB2.0 i VBUS), que s'utilitza principalment per a la indústria, visió artificial, sensors remots, vídeo professional i aplicacions mèdiques. Tanmateix, no s'ha definit l'especificació elèctrica del cable actiu òptic lineal USB4; A continuació, introduirem la part de cable actiu curt.

Cable actiu curt Cable actiu

A menys de 5 metres de longitud

Es requereix la funció completa tipus C i USB PD 3.0 eMarker

Es requereix per suportar la inserció bidireccional i positiva i negativa

Segons la capacitat de suport, es pot dividir en cables actius USB 3.2 i USB4

Cable actiu USB 3.2:

-S'ha d'admetre USB 3.2 Gen 2x2 (canal dual de 10 GHz).

* No es permeten cables actius que només admetin un sol canal (x1).

- Suport opcional del mode Alt

Cable actiu USB4:

-S'han d'admetre totes les velocitats USB 3.2 i USB4 (canal dual).

- El mode alt Tbt3 ha de ser compatible

Els requisits de cable de VBUS, vconn, CC i USB 2.0 són coherents amb els requisits dels cables passius

El cable actiu ha d'estar alimentat per vconn

El cable actiu conté components repetidors, com ara el temporitzador o el controlador, principalment per a senyals d'alta velocitat TX1, TX2, rx1 i rx2. El desenvolupament de re temporitzadors és complex i costós. El cable de controlador lineal (LRD) dominat pel controlador re té les característiques de baixa complexitat, baix consum d'energia i baix cost. Tot i que només es va afegir més tard a l'ecosistema USB i es va incloure a l'especificació USB tipus C, el cable LRD es va introduir per primera vegada al mercat. Per exemple, el cable Thunderbolt 4 de dos metres de 40 Gbps és el cable LRD que admet USB4.

Els components principals del cable LRD inclouen l'equalitzador RX i el controlador de sortida, que són, respectivament, responsables de compensar la pèrdua de cable, ajustar el guany de CC i ajustar la mida de l'èmfasi i el senyal de sortida, tal com es mostra a la figura següent.

Com que el cable LRD no té CDR (recuperació de dades del rellotge), la fluctuació i el soroll rebuts a l'entrada del cable es transferiran a la sortida del cable; Al mateix temps, RX EQ també pot amplificar el soroll d'alta freqüència; A causa de l'addició de components actius, la impedància de la targeta de coixinet serà discontínua; A més dels cables llargs, és fàcil provocar un desajust de longitud i una gran inclinació del pn en el procés de producció, cosa que fa que el mode comú de CA superi l'especificació. D'acord amb els punts anteriors, en el disseny s'ha de tenir en compte el següent:

Soroll d'alta freqüència causat pels cables

Si l'EQ dins del cable està equilibrat correctament i si el senyal és insuficient o massa equilibrat?

Coincidència d'impedància de components addicionals dins del cable actiu

Pn inclinació del cable parell d'alta velocitat

Suport de la funció de cable LRD i anunci d'eMarker

S'indica a la taula 6-3 de l'amplificador del connector USB tipus C &; L'especificació del cable Rev 2.1 (tal com es mostra a la taula 2), el cable passiu USB4 i el cable actiu USB4 (excepte OIAC) han de ser compatibles amb USB4, usb3, USB2 i tbt3.

En particular, el cable USB4 LRD és un cable actiu, però a la configuració VDO de la capçalera ID d'eMarker, B29... B27 s'ha de declarar com a cable passiu (011b) i s'ha de declarar mitjançant un cable passiu VDO. Com que el cable LRD es va incorporar a l'especificació USB en una fase posterior, principalment ha de ser compatible amb els productes tbt3 del mercat. S'ha de declarar com a passiu. Tot i que el tipus de producte es declara com a passiu, el descobriment de tbt3 continuarà en el procés de comunicació d'USB4 discover_ SVID (0x8087) i després jutjar si és"USB4 amb cable actiu tbt3 gen3".

Usb-if llança un nou logotip i icona USB4

Usb-if va celebrar el seminari USB devdays 2021 a Seattle (del 30 de setembre a l'1 d'octubre) i va llançar el nou logotip i la icona de la potència nominal del cable USB tipus C en combinació amb l'especificació EPR (range d'alimentació ampliat), tal com es mostra a la taula següent, de manera que els usuaris puguin identificar ràpidament la velocitat i la potència que admeten els productes USB. El cable que originalment suportava 100W (20V / 5A) ja no s'utilitza; El cable que suporti 5A ha de suportar EPR 240W (48V / 5A).

Taula 3: nou logotip i icona de cable USB tipus C certificat (font: usbdevdays 2021)

El cable actiu del cable LRD afegeix un controlador de component actiu per augmentar la longitud del suport del cable. En la prova d'ús pràctic i de certificació, el concepte és que el rendiment del cable LRD hauria de ser coherent o fins i tot millor que el del cable passiu. És a dir, sota la mateixa configuració d'entorn de prova, el cable lrd ha de ser igual o millor que el cable passiu en comparació amb el cable passiu.

Els elements de prova de certificació LRD inclouen:

Prova funcional d'usb-c

Prova de marcador electrònic USB PD

Potència activa del cable: caiguda d'IR i consum d'energia

Protecció tèrmica contra el sobreescalfament

Prova de característiques elèctriques LRD

Prova de compatibilitat del cable LRD (encara en discussió)

La prova elèctrica detallada del cable LRD és la següent:

1. Prova funcional USB-c

Segons l'especificació de la prova de la funció USB-c, la prova del cable és la següent:

TD 4.1.3 Prova de cable no alimentat

TD 4.13.5 Cable EnterUSB i prova de restabliment de dades

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Prova d'intercanvi de cable Vconn

TD 4.14.2 Prova de reinici del cable

TD 4.14.3 Prova de mode alternatiu del cable

Prova de cable USB 3.2 TD 4.14.4

Prova del cable USB4 TD 4.14.5

2. USB PD: prova de marcador electrònic

Segons USB PD CTS, proveu els tres elements següents relacionats amb el cable:

Procediments i controls comuns

Proves específiques de la capa física

Proves específiques del protocol

El cable LRD ha de ser compatible amb tbt3 i confirmar si l'anunci de tbt3 i la resposta SOP són correctes

Cable SOP' Resposta Discover Identity

[ID Header VDO] B26 (operació del model) establert a 1b (mode alt)

[ID Header VDO] B29..27 (tipus de producte) establert a 11b (cable passiu)

[Cable VDO] B2..0 (Velocitat USB més alta) establert a 010b (USB3.2/USB4 Gen2)

Cable SOP' TBT Discover Mode Resposta VDO

B20..19 (amplificador&arrodonit/arrodonit; cap) establert a 01b (tots dos)

B21 (òptic/cap) establert a 0 (cap)

B22 (Retemporitzador/Re-conductor) establert a 0b (Re-conductor)

B23 (Uni/Bidireccional) establert en 1b (Uni)

B25 (actiu/passiu) a 1b (actiu)

3. Requisits d'alimentació del cable actiu

3.1. Les especificacions de caiguda IR dels cables VBUS i de terra són les mateixes que les dels cables passius

Caiguda d'IR VBUS: ≤500 mV

Caiguda d'IR a terra: ≤250 mV

3.2. La font d'alimentació del cable actiu es fa principalment a través del vconn i el consum màxim d'energia és limitat

Potència consumida per vconn ≤ 1,5 W

4. Prova tèrmica

Per raons de seguretat, la detecció de temperatura s'ha d'establir dins del cable actiu. Quan la temperatura superficial de la carcassa de plàstic del cable actiu arriba als 80 ℃ ˚ C o la temperatura de la superfície metàl·lica arriba als 55 ˚ C. S'ha d'aturar la transferència de dades USB 3.2/usb4.

A més, la temperatura de la superfície de l'endoll del cable actiu i la temperatura màxima de treball de la superfície de la carcassa no han de superar la temperatura ambient en 30 ℃ ˚ C. O la temperatura de la superfície de la carcassa metàl·lica 15 ˚ C。

La temperatura superficial (TS) de la carcassa de plàstic del cable actiu inclou principalment la temperatura de treball (TMB) de l'amfitrió connectat i la placa base del dispositiu, els components actius del cable i la temperatura ambient actual (TA). La prova de certificació real es divideix principalment en dues parts: temperatura superficial (TS) i apagada tèrmica. L'entorn de prova es mostra a la figura següent:

4.1 Temperatura superficial (Ts)

temperatura superficial

Tal com es mostra a la figura 3, proveu la connexió, simuleu la placa base de l'amfitrió / del dispositiu a través de la placa de l'escalfador del dispositiu de prova tèrmica a temperatura ambient i deixeu que la temperatura del TMB augmenti a (TA + 25) ˚ C) A continuació, connecteu el cable actiu i configureu el càrrega completa de l'amfitrió al dispositiu (incloent-hi la transmissió de dades simultània d'alta velocitat i la càrrega PD de 100 W). En aquest moment, utilitzeu la càmera d'infrarojos per esbrinar la zona de temperatura més alta del connector del cable (Fig. 4) i enganxeu el"parell tèrmic" pegat a aquesta temperatura alta per a la prova de temperatura (Fig. 5). Detecteu la temperatura superficial de la carcassa de plàstic del connector del cable i jutgeu si la prova ha passat: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Figura 4: càmera infraroja per trobar la zona de temperatura més alta

Figura 5:"ThermalCouple" pegat adherit a la zona més calenta.

4.2 Protecció de sobreescalfament d'apagada tèrmica

L'entorn de prova per a la protecció contra el sobreescalfament és el mateix que l'anterior. A més, el pegat de calefacció està recobert a la carcassa de plàstic de l'endoll del cable (Fig. 6). Comenceu a escalfar el pegat de calefacció a temperatura ambient. Quan la temperatura arriba als 85 ℃ ˚ C, es determinen els resultats de la prova: el cable actiu ha d'aturar la transmissió de dades USB 3.2/usb4.

Figura 6: pegat de calefacció de l'escalfador flexible

Nota: per a equips de prova tèrmica de cables actius i accessoris relacionats, poseu-vos en contacte amb OD Liao@luxshare -ict.com

Prova elèctrica

Per al cable LRD, el cable passiu encara s'utilitza en la configuració del cable USB 2.0, SBU i CC. El mètode de prova i les especificacions són els mateixos que els del cable passiu. El parell de senyals d'alta velocitat TX1 / rx1 / TX2 / rx2 està equipat amb components actius de re controlador. Les especificacions de prova estan d'acord amb la versió 0.8 del cable actiu LRD CTS. Els ítems de la prova es divideixen principalment en els tres ítems següents:

Prova de domini de freqüència

Domini del temps: prova de cable independent de cable

Domini del temps: prova ocular de sortida del cable

5.1 prova del domini de la freqüència

Pèrdua de retorn integrat (IRL)

Multireflexió integrada (IMR)

Marge d'operació del canal (COM)

Figura 7: diagrama de connexió dels paràmetres S capturats per VNA de l'analitzador de xarxes vectorials

Per als elements de prova del domini de freqüència, el mètode de prova és el mateix que el dels cables passius. Els paràmetres S es recuperen mitjançant l'analitzador de xarxes vectorials VNA. Hi ha 8 fitxers s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, bidireccional) per a parells diferencials d'alta velocitat i mitjançant el programari get_iPar_ V0p91a per a l'anàlisi.

Domini temporal 5.2: prova independent de cable

Cable ilfit màscara (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): pèrdua d'inserció

OUTPUT_ Noise (𝝈): desviació estàndard del soroll de sortida (excepte el soroll no lineal)

SIGMA_E (𝝈): desviació estàndard del soroll no lineal de sortida

Cable CM_ Soroll: mode comú de CA

La prova del cos del cable (excepte el sistema ISI i jitter) prova principalment la pèrdua d'inserció, el soroll de sortida, el soroll no lineal i el mode comú de CA del propi cable. La connexió de prova es mostra a la figura següent. Sota el patró de sortida TP2 (tal com es mostra a la taula 4), swing, sense jitter, sense SSC, sense TX EQ configuracions, com ara"patró: prbs15, swing 800mv, SSC off, jitter off, preset 0&]quot;, el generador de senyal connecta primer el cable passiu del pitjor dels casos per a la prova, l'oscil·loscopi captura la forma d'ona *. Bin, després canvia al cable LRD per a la prova i realitza l'anàlisi de paràmetres següent a través del programari, a continuació, compareu el cable LRD. El resultat de la prova ha de ser igual o millor que el del cable passiu. La prova ha de cobrir tres velocitats: USB4 Gen2/gen3 i USB 3.2 Gen2.

Nota:" cable passiu del pitjor cas" es refereix al cable passiu amb la màxima pèrdua d'inserció dins de l'especificació del cable, com ara un cable passiu USB 3.2 Gen2 d'1 m, un cable passiu USB4 Gen2 de 2 m i un cable passiu USB4 gen3 de 0,8 m.

Fig. 8: esquema de connexió per a la prova del cos del cable

5.3 domini del temps - prova del diagrama d'ulls de sortida del cable

(Prova ocular de sortida del cable)

5.3.1. Prova USB4 Gen2/gen3:

La connexió de la prova del diagrama d'ulls de sortida del cable (incloent-hi l'ISI del sistema i la fluctuació) es mostra a la figura següent. L'entorn de prova és el mateix que l'entorn de prova d'autenticació del receptor RX de l'amfitrió / dispositiu USB4. Primer s'ha de corregir l'entorn de prova USB4 RX. Podeu controlar directament el generador de patrons Anritsu mp1900 mitjançant l'aplicació de prova grl-usb4-rx, tal com es mostra a la figura 9, Calibra l'entorn de prova USB4 RX amb Keysight o oscil·loscopi Tektronix.

Després del calibratge, connecteu el"cable passiu" primer durant la prova. La configuració de la condició de prova inclou la sortida de prbs31 al patró Gen i la configuració del preajust USB4 (16 grups en total). Després que el senyal passi pel cable, captureu cinc formes d'ona a l'oscil·loscopi i s'han de capturar 80 formes d'ona a cada grup a alta velocitat; A continuació, en les mateixes condicions de prova, traieu el cable passiu, substituïu el cable LRD i captureu la forma d'ona a l'oscil·loscopi; A continuació, es van provar i analitzar el diagrama d'ulls, l'amplada i l'àrea dels ulls amb el programari USB4 sigtest.

Figura 10: connexió de prova del diagrama d'ulls de sortida del cable USB4 gen3 / Gen2

Determinació USB4 dels resultats de les proves Gen2/gen3 (mitjana de 5 captures):

Cable LRD millor àrea d'ulls ≥ cable passiu millor àrea d'ulls

I l'amplada dels ulls del cable LRD ≥ 0,9 * cable passiu

1.3.2. Prova USB Gen2:

L'entorn de prova és el mateix que l'entorn de prova d'autenticació del receptor usb3.2 RX. Primer s'ha de corregir l'entorn de prova USB 3.2 RX (com es mostra a la figura 11). El generador de patrons Anritsu mp1900 es pot controlar automàticament directament mitjançant l'aplicació grl-usb3-rxtest i calibrar-se amb Keysight o oscil·loscopi Tektronix

Després del calibratge, sota les condicions de prova USB 3.2 Gen2 RX, seleccioneu Rx per calibrar l'entorn PJ @ 100MHz. Després de passar per l'aparell i el cable LRD, l'oscil·loscopi captura la forma d'ona cinc vegades i, a continuació, l'analitza amb el programari usb3sigtest i 7 plantilles CTLE. (usb3 sigtest només té una plantilla ctle_5db inicialment, i és necessari configurar i complementar manualment la plantilla de base de dades ctle_0db ~ ctle_6)

Judici dels resultats de la prova USB 3.2 Gen2, (valor mitjà de 5 captures):

Cable LRD millor àrea d'ulls ≥ cable passiu millor àrea d'ulls

I l'amplada dels ulls del cable LRD ≥ 0,9 * cable passiu

resum

L'USB tipus C s'utilitza àmpliament en ordinadors i dispositius perifèrics relacionats, així com en cables passius i cables actius. Alguns només admeten USB 2.0 i càrrega, i alguns admeten USB 3.2 i USB4; Tots són connectors USB tipus C, que admeten diferents capacitats i velocitats, cosa que és fàcil de confondre els usuaris. L'associació USB també se centra en l'experiència de l'usuari i aposta per un cable tipus C, que pot satisfer totes les aplicacions. A la part del cable actiu, l'especificació ha de suportar transmissió bidireccional, connector positiu i negatiu, canal dual (x2), etc. Prenent com a exemple el cable actiu USB4 LRD, pot ser compatible amb USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, càrrega PD, etc. per satisfer l'aplicació USB tipus C amb una línia.

La diferència més gran entre el cable actiu USB tipus C i el cable passiu és si hi ha components actius, cosa que també condueix a diferents mètodes per provar senyals diferencials d'alta velocitat. La prova de cable actiu adopta el mètode de prova d'alta freqüència existent de l'amfitrió i el dispositiu USB4 i utilitza un generador de senyal d'alta freqüència i un oscil·loscopi d'alta freqüència per a la prova. L'entorn i els mètodes de prova són relativament complexos, GRL ofereix solucions de prova automatitzades per a proves USB4, que poden reduir la complexitat de les proves. GRL té una gran experiència en l'ajust d'EQ, guany i altres paràmetres i ajuda als clients en la depuració. GRL també pot proporcionar host i dispositiu USB4, cable passiu USB4, cable actiu USB4 i altres serveis de prova i certificació.

Referència

Especificació del cable i connector USB tipus C, versió 2.1, maig de 2021

Connectors USB tipus C i conjunts de cables CTS, revisió 2.1b, juny de 2021

Especificació de requisits de compatibilitat USB4 ™ Thunderbolt3 ™, versió 1.0, gener de 2021.

Compatibilitat USB4 ™ Thunderbolt3 ™ CTS, revisió 1.0, gener de 2021.

USB Power Delivery CTS, revisió: 1.2, Ver 2, 20 de juny de 2021

Especificació de prova funcional USB tipus C, capítols 4 i 5, 23 de maig de 2021, rev. 0.88