Prueba y certificación de cable activo USB4 LRD

La especificación del cable activo USB4 sigue el conector USB tipo C y la especificación del cable. en la actualidad, la última versión es la Rev. 2.1. Se agrega la definición de cable EPR (rango de potencia extendido) y el ECN (aviso de cambio de ingeniero) del cable activo anterior se integra en esta versión. Dejemos que' s eche un vistazo al cable activo USB tipo C.

Cable activo corto USB 3.2

Cable activo corto USB4

Cable activo USB 3.2 ópticamente aislado （OIAC）

Entre ellos, OIAC es un cable de fibra óptica con una longitud de 50 metros. En la actualidad, se define que puede admitir la velocidad USB 3.2 Gen2 como máximo (pero no admite la fuente de alimentación USB2.0 y VBUS), que se utiliza principalmente para aplicaciones industriales, visión artificial, sensores remotos, video profesional y aplicaciones médicas. Sin embargo, no se ha definido la especificación eléctrica del cable activo óptico lineal USB4; A continuación, presentaremos la parte de cable activo corto.

Cable activo corto Cable activo

Dentro de los 5 metros de longitud

Se requieren todas las funciones de tipo C y USB PD 3.0 eMarker

Se requiere para admitir inserción bidireccional y positiva y negativa.

Según la capacidad de soporte, se puede dividir en cables activos USB 3.2 y USB4

Cable activo USB 3.2:

-Debe ser compatible con USB 3.2 Gen 2x2 (doble canal de 10 GHz)

* No se permiten cables activos que admitan solo un canal (x1)

-Alto soporte opcional en modo

Cable activo USB4:

-Todas las velocidades de USB 3.2 y USB4 (doble canal) deben ser compatibles

-El modo alt TBT3 debe ser compatible

Los requisitos de cables de VBUS, vconn, CC y USB 2.0 son consistentes con los requisitos de los cables pasivos

El cable activo debe ser alimentado por vconn

El cable activo contiene componentes de repetidor, como re timer o re driver, principalmente para señales de alta velocidad TX1, TX2, rx1 y rx2. El desarrollo del re temporizador es complejo y costoso. El cable de re-driver lineal (LRD) dominado por re-driver tiene las características de baja complejidad, bajo consumo de energía y bajo costo. Aunque solo se agregó más tarde al ecosistema USB y se incluyó en la especificación USB tipo C, el cable LRD se introdujo por primera vez en el mercado. Por ejemplo, el cable Thunderbolt 4 de dos metros de 40 Gbps es el cable LRD compatible con USB4.

Los componentes principales del cable LRD incluyen el ecualizador RX y el controlador de salida, que son respectivamente responsables de compensar la pérdida del cable, ajustar la ganancia de CC y ajustar el tamaño del pre-énfasis y la señal de salida, como se muestra en la siguiente figura.

Dado que el cable LRD no tiene CDR (recuperación de datos de reloj), la fluctuación y el ruido recibidos en la entrada del cable se transferirán a la salida del cable; Al mismo tiempo, RX EQ también puede amplificar el ruido de alta frecuencia; Debido a la adición de componentes activos, la impedancia de la tarjeta de almohadilla será discontinua; Además de los cables largos, es fácil provocar un desajuste de longitud y una gran desviación de pn en el proceso de producción, lo que da como resultado que el modo común de CA supere las especificaciones. Sobre la base de los puntos anteriores, se considerará lo siguiente en el diseño:

Ruido de alta frecuencia causado por cables

¿Si el ecualizador dentro del cable está correctamente balanceado y si la señal es insuficiente o sobre balanceada?

Adaptación de impedancia de componentes adicionales dentro del cable activo

Pn sesgo del par de cable de alta velocidad

Soporte de función de cable LRD y anuncio de eMarker

Se indica en la tabla 6-3 del conector USB tipo C& La especificación del cable Rev 2.1 (como se muestra en la Tabla 2), el cable pasivo USB4 y el cable activo USB4 (excepto OIAC) deben ser compatibles con USB4, usb3, USB2 y tbt3.

En particular, el cable USB4 LRD es un cable activo, pero en la configuración VDO del encabezado de ID de eMarker, B29 ... B27 debe declararse como cable pasivo (011b) y declararse utilizando el cable pasivo VDO. Debido a que el cable LRD se incorporó a la especificación USB en una etapa posterior, será principalmente compatible con los productos tbt3 del mercado. Debe declararse pasivo. Aunque el tipo de producto se declara como pasivo, tbt3 discovery continuará en el proceso de comunicación de USB4 discover_ SVID (0x8087), y luego juzgará si es" USB4 con cable activo tbt3 gen3" ;.

Usb-if lanza nuevo logotipo e ícono USB4

Usb-if celebró el seminario USB devdays 2021 en Seattle (del 30 de septiembre al 1 de octubre) y lanzó el nuevo logotipo e ícono de potencia nominal del cable USB tipo C en combinación con la especificación EPR (rango de potencia extendido), como se muestra en la siguiente tabla, para que los usuarios puedan identificar rápidamente la velocidad y la potencia admitidas por los productos USB. El cable que originalmente soportaba 100W (20V / 5A) ya no se usa; El cable que admita 5A debe admitir EPR 240W (48V / 5A).

Tabla 3: nuevo logotipo e icono de cable USB tipo C certificado (fuente: usbdevdays 2021)

El cable activo del cable LRD agrega un controlador de componente activo para alargar la longitud del soporte del cable. En el uso práctico y la prueba de certificación, el concepto es que el rendimiento del cable LRD debe ser consistente o incluso mejor que el del cable pasivo. Es decir, bajo la misma configuración del entorno de prueba, el cable lrd debe ser igual o mejor que el cable pasivo en comparación con el cable pasivo.

Los elementos de prueba de certificación LRD incluyen:

Prueba funcional usb-c

Prueba de marcador electrónico PD USB

Potencia activa del cable: caída de infrarrojos y consumo de energía

Protección contra sobrecalentamiento térmico

Prueba de características eléctricas LRD

Prueba de compatibilidad de cables LRD (aún en discusión)

La prueba eléctrica detallada del cable LRD es la siguiente:

1. Prueba funcional usb-c

De acuerdo con la especificación de prueba de función usb-c, la prueba del cable es la siguiente:

TD 4.1.3 Prueba de cable sin alimentación

TD 4.13.5 Prueba de restablecimiento de datos y entrada de cable USB

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Prueba de intercambio de cable Vconn

TD 4.14.2 Prueba de reinicio del cable

TD 4.14.3 Prueba de modo alternativo de cable

Prueba TD 4.14.4 Cable USB 3.2

Prueba TD 4.14.5 Cable USB4

2. USB PD: prueba de marcador electrónico

De acuerdo con USB PD CTS, pruebe los siguientes tres elementos relacionados con el cable:

Procedimientos y comprobaciones habituales

Pruebas específicas de la capa física

Pruebas específicas de protocolo

El cable LRD debe admitir tbt3 y confirmar si el anuncio de tbt3 y la respuesta SOP son correctos

Respuesta de Cable SOP 'Discover Identity

[ID Header VDO] B26 (funcionamiento del modelo) establecido en 1b (modo alt)

[ID Header VDO] B29..27 (tipo de producto) configurado en 11b (cable pasivo)

[Cable VDO] B2..0 (USB de mayor velocidad) configurado en 010b (USB3.2 / USB4 Gen2)

Respuesta VDO del modo de descubrimiento de TBT de Cable SOP

B20..19 (redondeado / redondeado& ninguno) establecido en 01b (ambos)

B21 (Óptico / ninguno) establecido en 0 (ninguno)

B22 (Re-temporizador / Re-controlador) establecido en 0b (Re-controlador)

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

B25 (activo / pasivo) a 1b (activo)

3. Requisitos de alimentación por cable activo

3.1. Las especificaciones de caída de infrarrojos de los cables VBUS y de tierra son las mismas que las de los cables pasivos

Caída de VBUS IR: ≤500 mV

Caída de infrarrojos a tierra: ≤250 mV

3.2. La fuente de alimentación del cable activo es principalmente a través del vconn, y el consumo máximo de energía es limitado.

Potencia consumida por vconn ≤ 1,5 W

4. Prueba térmica

Por razones de seguridad, la detección de temperatura debe establecerse dentro del cable activo. Cuando la temperatura de la superficie de la carcasa de plástico del cable activo alcanza los 80 ℃ ˚ C o la temperatura de la superficie del metal alcanza los 55 ˚ C. Se debe detener la transferencia de datos USB 3.2 / usb4.

Además, la temperatura de la superficie del enchufe del cable activo y la temperatura máxima de trabajo de la superficie de la carcasa no deben exceder la temperatura ambiente en 30 ℃ ˚ C. O la temperatura de la superficie de la carcasa metálica 15 ˚ C。

La temperatura de la superficie (TS) de la carcasa de plástico del cable activo incluye principalmente la temperatura de trabajo (TMB) del host conectado y la placa base del dispositivo, los componentes activos en el cable y la temperatura ambiente actual (TA). La prueba de certificación real se divide principalmente en dos partes: temperatura de la superficie (TS) y apagado térmico. El entorno de prueba se muestra en la siguiente figura:

4.1 Temperatura de la superficie (Ts)

temperatura de la superficie

Como se muestra en la Figura 3, pruebe la conexión, simule la placa base del host / dispositivo a través de la placa del calentador del dispositivo de prueba térmica a temperatura ambiente y deje que la temperatura de TMB suba a (TA + 25) ˚ C) Luego conecte el cable activo y configure el carga completa desde el host al dispositivo (incluida la transmisión simultánea de datos de alta velocidad y la carga PD de 100 W). En este momento, use la cámara infrarroja para encontrar el área de temperatura más alta del enchufe del cable (Fig. 4) y pegue el" par térmico" parche a esta temperatura alta para la prueba de temperatura (Fig. 5). Detecte la temperatura de la superficie de la carcasa de plástico del enchufe del cable y juzgue si la prueba ha pasado: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Figura 4: cámara de infrarrojos para encontrar el área de temperatura más alta

Figura 5:" Pareja térmica" parche adherido a la zona más caliente.

4.2 protección contra sobrecalentamiento de apagado térmico

El entorno de prueba para la protección contra sobrecalentamiento es el mismo que el anterior. Además, el parche calefactor está recubierto en la carcasa de plástico del enchufe del cable (Fig. 6). Empiece a calentar el parche calefactor a temperatura ambiente. Cuando la temperatura alcanza los 85 ℃ ˚ C, se determinan los resultados de la prueba: el cable activo debe detener la transmisión de datos USB 3.2 / usb4.

Figura 6: parche calefactor calefactor flexible

Nota: para equipos de prueba térmica de cables activos y accesorios relacionados, comuníquese con OD Liao @ luxshare -ict.com

Prueba eléctrica

Para el cable LRD, el cable pasivo todavía se usa en la configuración de cable USB 2.0, SBU y CC. El método de prueba y la especificación son los mismos que los del cable pasivo. El par de señales de alta velocidad TX1 / rx1 / TX2 / rx2 está equipado con componentes activos de controlador. Las especificaciones de prueba están de acuerdo con el cable activo LRD CTS versión 0.8. Los elementos de la prueba se dividen principalmente en los siguientes tres elementos:

Prueba de dominio de frecuencia

Dominio del tiempo: cable de prueba de cable independiente

Dominio del tiempo - prueba ocular de salida de cable

5.1 prueba en el dominio de la frecuencia

Pérdida de retorno integrada (IRL)

Multirreflejo integrado (IMR)

Margen de operación del canal (COM)

Figura 7: diagrama de conexión de los parámetros S capturados por VNA del analizador de redes vectoriales

Para los elementos de prueba en el dominio de la frecuencia, el método de prueba es el mismo que el de los cables pasivos. Los parámetros S son recuperados por el analizador de redes vectoriales VNA. Hay 8 archivos s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, bidireccional) para pares diferenciales de alta velocidad, y mediante el software get_ iPar_ V0p91a para análisis.

5.2 dominio del tiempo - prueba independiente de cable

Máscara de cable ilfit (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): pérdida de inserción

OUTPUT_ Noise (𝝈): desviación estándar del ruido de salida (excluyendo el ruido no lineal)

SIGMA_ E (𝝈): desviación estándar del ruido no lineal de salida

Cable CM_ Ruido: modo común de CA

La prueba del cuerpo del cable (excluyendo el sistema ISI y la fluctuación) prueba principalmente la pérdida de inserción, el ruido de salida, el ruido no lineal y el modo común de CA del propio cable. La conexión de prueba se muestra en la siguiente figura. Bajo la salida TP2 (como se muestra en la Tabla 4) patrón, swing, sin jitter, sin SSC, sin ajustes de TX EQ, como" patrón: prbs15, swing 800mv, SSC off, jitter off, preset 0 [GG ] quot ;, el generador de señales conecta primero el cable pasivo del peor de los casos para la prueba, el osciloscopio captura la forma de onda *. Bin, luego cambia al cable LRD para la prueba y realiza el siguiente análisis de parámetros a través del software. Luego, compare el cable LRD. El resultado de la prueba debe ser igual o mejor que el del cable pasivo. La prueba cubrirá tres velocidades: USB4 Gen2 / gen3 y USB 3.2 Gen2.

Nota:" cable pasivo en el peor de los casos" se refiere al cable pasivo con la máxima pérdida de inserción dentro de la especificación del cable, como un cable pasivo USB 3.2 Gen2 de 1 m, un cable pasivo USB4 Gen2 de 2 m y un cable pasivo USB4 gen3 de 0,8 m.

Fig.8: diagrama de conexión para la prueba del cuerpo del cable

5.3 dominio del tiempo - prueba de diagrama de ojo de salida de cable

(Prueba ocular de salida de cable）

5.3.1. Prueba USB4 Gen2 / gen3:

La conexión de la prueba del diagrama de ojo de salida del cable (incluido el sistema ISI y la fluctuación) se muestra en la siguiente figura. El entorno de prueba es el mismo que el entorno de prueba de autenticación del receptor RX del dispositivo / host USB4. El entorno de prueba USB4 RX debe corregirse primero. Puede controlar directamente el generador de patrones Anritsu mp1900 a través de la aplicación de prueba grl-usb4-rx, como se muestra en la Figura 9, Calibrar el entorno de prueba USB4 RX con el osciloscopio de KeySight o Tektronix.

Después de la calibración, conecte el cable" en el peor de los casos, pasivo" primero durante la prueba. La configuración de la condición de prueba incluye la salida de prbs31 en el patrón Gen y la configuración predeterminada de USB4 (16 grupos en total). Después de que la señal pase a través del cable, capture cinco formas de onda en el osciloscopio y es necesario capturar 80 formas de onda en cada grupo a alta velocidad; Luego, en las mismas condiciones de prueba, retire el cable pasivo, reemplace el cable LRD y capture la forma de onda en el osciloscopio; Luego, el diagrama del ojo, el ancho del ojo y el área de los ojos se probaron y analizaron con el software USB4 sigtest.

Figura 10: Conexión de prueba del diagrama de ojo de salida del cable USB4 gen3 / Gen2

Determinación USB4 de los resultados de la prueba Gen2 / gen3 (promedio de 5 capturas):

Cable LRD mejor área de ojos ≥ cable pasivo mejor área de ojos

Y el ancho del ojo del cable LRD ≥ 0.9 * cable pasivo

1.3.2. Prueba USB Gen2:

El entorno de prueba es el mismo que el entorno de prueba de autenticación del receptor USB3.2 RX. El entorno de prueba USB 3.2 RX debe corregirse primero (como se muestra en la Figura 11). El generador de patrones Anritsu mp1900 se puede controlar automáticamente directamente a través de la aplicación grl-usb3-rxtest y se puede calibrar con el osciloscopio de KeySight o Tektronix.

Después de la calibración, en las condiciones de prueba USB 3.2 Gen2 RX, seleccione Rx para calibrar el entorno PJ @ 100MHz. Después de pasar por el dispositivo y el cable LRD, el osciloscopio captura la forma de onda cinco veces y luego la analiza con el software usb3sigtest y 7 plantillas CTLE. (usb3 sigtest tiene solo una plantilla ctle_5db inicialmente, y es necesario configurar y complementar manualmente la plantilla ctle_0db ~ ctle_6 DB)

Juicio de los resultados de la prueba USB 3.2 Gen2, (valor promedio de 5 capturas):

Cable LRD mejor área de ojos ≥ cable pasivo mejor área de ojos

Y el ancho del ojo del cable LRD ≥ 0.9 * cable pasivo

resumen

El USB tipo C se usa ampliamente en computadoras y dispositivos periféricos relacionados, así como cables pasivos y cables activos. Algunos solo admiten USB 2.0 y carga, y algunos pueden admitir USB 3.2 y USB4; Todos son conectores USB tipo C, que admiten diferentes capacidades y velocidades, lo que es fácil de confundir a los usuarios. La asociación USB también se enfoca en la experiencia del usuario y está comprometida con un cable tipo C, que puede cumplir con todas las aplicaciones. En la parte del cable activo, la especificación debe admitir transmisión bidireccional, plug-in positivo y negativo, doble canal (x2), etc. Tomando el cable activo USB4 LRD como ejemplo, puede admitir USB4, USB 3.2, USB 2.0 , Thunderbolt 3, carga PD, etc. para cumplir con la aplicación USB tipo C con una línea.

La mayor diferencia entre el cable activo USB tipo C y el cable pasivo es si hay componentes activos, lo que también conduce a diferentes métodos para probar señales diferenciales de alta velocidad. La prueba de cable activo adopta el método de prueba de alta frecuencia existente del host y el dispositivo USB4, y utiliza un generador de señal de alta frecuencia y un osciloscopio de alta frecuencia para la prueba. El entorno y los métodos de prueba son relativamente complejos, GRL proporciona soluciones de prueba automatizadas para las pruebas USB4, lo que puede reducir la complejidad de las pruebas. GRL tiene una gran experiencia en el ajuste de EQ, ganancia y otros parámetros y ayuda a los clientes en la depuración. GRL también puede proporcionar host y dispositivo USB4, cable pasivo USB4, cable activo USB4 y otros servicios de prueba y certificación.

Referencia

Especificación de conector y cable USB tipo C, versión 2.1, mayo de 2021

Conjuntos de cables y conectores USB tipo C CTS, revisión 2.1b, junio de 2021

Especificaciones de requisitos de compatibilidad de USB4 ™ Thunderbolt3 ™, versión 1.0, enero de 2021.

Compatibilidad con USB4 ™ Thunderbolt3 ™ CTS, revisión 1.0, enero de 2021.

USB Power Delivery CTS, Revisión: 1.2, Ver 2, 20 de junio de 2021

Especificación de prueba funcional de USB tipo C, Capítulo 4 y 5, 23 de mayo de 2021, Rev 0.88