USB Type-C在為消費者帶來便利的同時，也為設計USB電纜及相容產品帶來挑戰。本文詳細說明USB 3.2合規性測試要求，並說明測試過程中的常見問題和解決方式。
USB 3.2電氣合規標準
低頻週期訊號參數
(承前文)如果測試系統已正確設置，連接的裝置將在開機後立即發送Polling.LFPS。借助現代測試自動化軟體，可以立即獲得測試結果，確定裝置是否達到合規性測試要求。
符合USB 3.2規範的裝置應符合以下USB 3.2低頻週期訊號參數：
- Vpp >=800mV <= 1.2V
- tPeriod >= 20ns <= 100ns
- tBurst >= 600ns <= 1.4 µs
- tRepeat >= 6µs <= 14 µs
- 上升/下降時間 <= 4ns
- 負載週期 >= 40% <= 60%
- AC共模電壓 <= 100mV
展頻時脈
展頻時脈(Spread Spectrum Clocking)是USB合規性之下的另一個強制性(Mandatory)量測項目。雖然製造商可以透過CP1獲得測量結果，但因部分供應商禁用了展頻時脈，預先選擇正確的供應商至關重要。
Gen 1眼圖與抖動量測
與其他測試模式相同，切換(Toggling)透過在Rx Pair上發送Ping.LFPS來完成。一旦到達眼圖和抖動測試模式，就可以使用CP0和CP1進行測量。需要注意的是，此測試通常在合規程序的尾聲進行。合規裝置的預期結果如下所述。
如果產生的眼圖，其頂層和底層不相碰，該裝置將被視為已通過合規性測試。與長通道(圖4)相比，短通道眼圖(圖5)通常具有更寬的眼圖。
圖4 (Gen 1)長通道傳眼(Long Channel Transmitted Eye)：過渡眼
圖5 (Gen 1)短通道傳輸眼(Short Channel Transmitted Eye)：過渡眼
Gen 1抖動和眼圖的合格要求如下：
- CTLE在製作眼圖時完成
- Tj at BER-12 <= 132ps with CP0 at TP1
- Dj <= 86ps with CP- at TP1
- Rj <= 3.27ps with CP1 at TP1(如今，Rj不再是合格要求，只是一個資訊指標)
對於長通道量測，USB-IF將透過RTP示波器提供適當的S參數。此外，長通道損耗也取決於USB連接器的類型以及所使用的上行或下行連接埠。
Gen 2眼圖與抖動量測
Gen 2的眼圖和抖動量測其實與Gen 1非常相似，只是部署了測試模式CP9和CP10。透過在Rx Pair上發送Ping.LFPS來完成測試模式之間的切換。
仔細觀察每次量測的邊緣，就能查出適當的眼睛寬度和高度(圖6、圖7)。
圖6 (Gen 2)長通道傳眼(Long Channel Transmitted Eye)：過渡眼
圖7 (Gen 2)短通道傳輸眼(Short Channel Transmitted Eye)：過渡眼
Gen 2抖動和眼圖的合格要求如下：
．與Gen 1不同，Gen 2需要在製作眼圖期間完成CTLE和DFE等化(Equalization)
．Tj at BER-12 <= 67.1ps with CP0 at TP1
．Dj <= 53ps with CP0 at TP1
．Rj <= 1ps with CP1 at TP1(與Gen 1相同，Rj不再是合格要求，只是一個資訊指標)
請注意，長通道量測與短通道端設置量測相同。唯一的區別是RTP示波器將USB-IF S參數嵌入至訊號中。除了具有固定(Captive)或繫留(Tethered)電纜的裝置外，Gen 1長通道始終使用相同的S參數。
預拍攝(Pre-shoot)和預衰減(De-emphasis)(*僅限Gen 2)
USB Gen 2合規性在預加強(Pre-shoot)和預衰減(De-emphasis)方面還有一項額外的測試標準。此測試標準僅適用於Gen 2，並且需要測試模式CP13、CP14和CP15才能執行，由於不容易單靠觀察診斷測試結果，建議製造商在測試模式之間進行切換並觀察差分電壓如何變化。
圖8 USB Gen 2預加強和預衰減圖表
USB 3.2 Tx/Rx強制性測試
USB 3.2發射器自動化解決方案具有一個RTP生成器，用於CPx之間的切換。RTP也將引導使用者完成設置和測試模式，最後產生報告。
對於Type C，在兩個方向上測試接收器非常重要，如果產品是DRD(Host & Device)，則需要測試兩種模式。對於USB 3.2 Gen 1/2X2，必須測試所有資料通道(Data Lane)。此外，也需要記得使用正確的USB夾具、電纜和SMA電纜。
USB 3.2接收器測試可透過短通道和長通道進行。長通道取決於連接器的速度和類型，而模式生成器(PG)將向被測產品的Rx發送經過校準的合規性測試模式。這將包括：允許的最大抖動級別、Rj和Dj(Sj)、SSC(33KHz向下展頻5,000ppm)、最低電壓
首先，將被測產品置於迴環狀態(可由PG完成)。BERT將讀取被測產品在Tx端發回的錯誤訊息。根據USB 3.2規範，BERT應在10至12之間。如果DUT是Type-C，則應使用備用Rx路徑重複所有測試。
USB 3.2 Rx測試流程
校準
圖9 USB 3.2 Rx校準設置
在進行USB 3.2接收器測試之前，必須校準傳送到DUT的模式(圖9)。長通道和短通道都需要校準，校準參數如下：
- 電壓擺動和預衰減(用於短通道和長通道)
- Rj、Sj和Tj
計算將透過SigTest在後台完成，此為漫長的過程，因此強烈建議採用自動化方案。即使是自動化校準，也需要四個小時的準備時間。手動校準將耗時數天，而且由於需要追蹤許多校準值，往往會導致大量錯誤。每次更換USB或SMA電纜時，都需要重新對設置進行校準，這點需要特別留意。
測試
圖10 USB 3.2 Rx測試設置
校準完成後，將使用儲存在BERT中的值進行測試。合規性測試將在允許的最大Sj下進行。
與校準一樣，強烈建議將測試過程自動化。自動化解決方案會將被測產品置於所需的迴環模式，該過程對於手動操作來說極具挑戰性，需要長達數個工作日的時間，並且具有出錯風險。
雖然官方並未將其列入合規性要求之中，仍強烈建議測試人員進行接收器容忍度測試，以確定產品的振幅和抖動餘裕。校準大約需要四個小時，因此需要確保從一開始就使用正確的USB夾具、電纜和SMA電纜，以避免重做。
記得在產品處於DRD(主機和裝置)模式時測試兩種模式，並測試USB 3.2 Gen 1/2x2的所有資料通道。
USB3.2 Rx測試的常見問題及解方
迴環輸入失敗
每當產品無法進入迴環時，測試人員應先根據參考產品驗證設置是否準確。若確認設置正確，即可在迴環訓練期間藉由停用抖動或增加振幅，進行故障排除。選擇了不正確的通道而導致Type-C電纜無法進入迴環的情況並不少見，翻轉電纜或使用測試器夾具的跳線在CC線路上進行正確設定通常可以解決這個問題。
接收器容忍度測試失敗
當產品未能通過接收器容忍度測試時，PHY的等化器設定可在實作過程中，在重計時器(Re-timer)或中繼器(Re-driver)上進行調整。請注意，Tx上的高振幅可能導致Rx路徑上的串擾，進而導致Rx測試失敗。
不良的PCB設計
不良的PCB設計可能導致測試失敗，常見原因包括線路過長或不匹配。因此，建議製造商遵循PCB設計規則以避免類似情況發生。
測試實驗室協助節省測試成本
透過測試實驗室，業者可減少花費在USB 3.2合規性測試的時間與成本，例如GRL便提供全面的USB-IF 合規性服務，並配備所有必要的測試和除錯設備，可協助USB 3.2產品完成合規性測試。
(本文作者為GRL EMEA實驗室主管)
破解USB 3.2 Gen 1/2電氣合規挑戰(1)
破解USB 3.2 Gen 1/2電氣合規挑戰(2)