Teste e certificação de cabo ativo USB4 LRD

A especificação do cabo ativo USB4 segue as especificações do conector e cabo USB tipo C. no momento, a versão mais recente é Rev. 2.1. A definição de cabo EPR (faixa de potência estendida) é adicionada e o ECN (aviso de alteração do engenheiro) do cabo ativo anterior é integrado a esta versão. Vamos' dar uma olhada no cabo ativo USB tipo C.

Cabo Ativo Curto USB 3.2

Cabo Ativo Curto USB4

Cabo ativo USB 3.2 opticamente isolado （OIAC）

Entre eles, o OIAC é um cabo de fibra óptica com comprimento de 50 metros. Atualmente, está definido que pode suportar no máximo a velocidade USB 3.2 Gen2 (mas não suporta USB2.0 e fonte de alimentação VBUS), que é usado principalmente para fins industriais, visão de máquina, sensores remotos, vídeo profissional e aplicações médicas. No entanto, a especificação elétrica do cabo ativo ótico linear USB4 não foi definida; a seguir, apresentaremos a parte do cabo ativo curto.

Cabo ativo curto, cabo ativo

Dentro de 5 metros de comprimento

Todos os recursos tipo C e USB PD 3.0 eMarker são necessários

É necessário para apoiar a inserção bidirecional e positiva e negativa

De acordo com a capacidade de suporte, ele pode ser dividido em cabos ativos USB 3.2 e USB4

Cabo ativo USB 3.2:

-USB 3.2 Gen 2x2 (canal duplo de 10 GHz) deve ser suportado

* cabos ativos que suportam apenas canal único (x1) não são permitidos

- Suporte opcional ao modo Alt

Cabo USB4 ativo:

- Todas as velocidades USB 3.2 e USB4 (canal duplo) devem ser suportadas

-Tbt3 modo alt deve ser suportado

Os requisitos de fio de VBUS, vconn, CC e USB 2.0 são consistentes com os requisitos de cabos passivos

O cabo ativo precisa ser alimentado por vconn

O cabo ativo contém componentes de repetidor, como re temporizador ou re driver, principalmente para sinais de alta velocidade TX1, TX2, rx1 e rx2. O desenvolvimento do cronômetro é complexo e caro. O cabo de re driver linear (LRD) dominado por re driver tem as características de baixa complexidade, baixo consumo de energia e baixo custo. Embora só mais tarde tenha sido adicionado ao ecossistema USB e incluído na especificação USB tipo C, o cabo LRD foi introduzido pela primeira vez no mercado. Por exemplo, o cabo thunderbolt 4 de 40 Gbps e dois metros é o cabo LRD compatível com USB4.

Os principais componentes do cabo LRD incluem o equalizador RX e o driver de saída, que são respectivamente responsáveis ​​por compensar a perda do cabo, ajustar o ganho DC e ajustar o tamanho da pré-ênfase e do sinal de saída, conforme mostrado na figura abaixo.

Como o cabo LRD não possui CDR (recuperação de dados do relógio), o jitter e o ruído recebidos na entrada do cabo serão transferidos para a saída do cabo; Ao mesmo tempo, o RX EQ também pode amplificar o ruído de alta frequência; Devido à adição de componentes ativos, a impedância do cartão do pad será descontínua; Assim como cabos longos, é fácil causar incompatibilidade de comprimento e grande inclinação de pn no processo de produção, resultando em modo comum AC excedendo a especificação. Com base nos pontos acima, o seguinte deve ser considerado no projeto:

Ruído de alta frequência causado por cabos

Se o EQ dentro do cabo está adequadamente balanceado e se o sinal é insuficiente ou super balanceado?

Correspondência de impedância de componentes adicionais dentro do cabo ativo

Pn enviesado do par de alta velocidade do cabo

Suporte para função de cabo LRD e anúncio eMarker

É declarado na tabela 6-3 do conector USB tipo C& especificação do cabo Rev 2.1 (conforme mostrado na Tabela 2), o cabo USB4 passivo e o cabo USB4 ativo (exceto OIAC) devem oferecer suporte a USB4, usb3, USB2 e tbt3.

Em particular, o cabo USB4 LRD é um cabo ativo, mas na configuração VDO do cabeçalho ID do eMarker, B29 ... B27 deve ser declarado como cabo passivo (011b) e declarado usando cabo VDO passivo. Como o cabo LRD foi incorporado à especificação USB em um estágio posterior, ele deve ser compatível principalmente com os produtos tbt3 do mercado. Deve ser declarado como passivo. Embora o tipo de produto seja declarado como passivo, a descoberta tbt3 continuará no processo de comunicação de USB4 discover_ SVID (0x8087) e, em seguida, julgará se é" USB4 com tbt3 gen3 cabo ativo" ;.

Usb-if lança novo logotipo e ícone USB4

Usb-if realizou o seminário USB devdays 2021 em Seattle (30 de setembro a 1º de outubro) e lançou o novo logotipo e ícone de potência nominal do cabo USB tipo C em combinação com a especificação EPR (faixa de potência estendida), conforme mostrado em a tabela abaixo, para que os usuários possam identificar rapidamente a velocidade e a potência suportada por produtos USB. O cabo que originalmente suportava 100 W (20 V / 5 A) não é mais usado; O cabo que suporta 5A deve ser compatível com EPR 240W (48V / 5A).

Tabela 3: novo logotipo e ícone do cabo USB tipo C certificado (fonte: usbdevdays 2021)

O cabo ativo do cabo LRD adiciona um driver de re componente ativo para aumentar o comprimento do suporte do cabo. No uso prático e no teste de certificação, o conceito é que o desempenho do cabo LRD deve ser consistente ou até melhor do que o do cabo passivo. Ou seja, sob a mesma configuração de ambiente de teste, o lrdcable deve ser igual ou melhor que o cabo passivo quando comparado com o cabo passivo.

Os itens de teste de certificação LRD incluem:

Teste funcional usb-c

Teste de e-marcador USB PD

Energia do cabo ativo: queda de infravermelho e consumo de energia

Proteção contra superaquecimento térmico

Teste de característica elétrica LRD

Teste de compatibilidade do cabo LRD (ainda em discussão)

O teste elétrico detalhado do cabo LRD é o seguinte:

1. Teste funcional Usb-c

De acordo com a especificação de teste de função usb-c, o teste de cabo é o seguinte:

TD 4.1.3 Teste de Cabo Sem Alimentação

TD 4.13.5 Cabo EnterUSB e teste de redefinição de dados

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Teste de troca de cabo Vconn

TD 4.14.2 Teste de reinicialização de cabo

TD 4.14.3 Teste de Modo Alternativo de Cabo

Teste de cabo USB 3.2 TD 4.14.4

Teste de cabo USB4 TD 4.14.5

2. USB PD: teste e-marcador

De acordo com o USB PD CTS, teste os três itens a seguir relacionados ao cabo:

Procedimentos e verificações comuns

Testes específicos de camada física

Testes específicos de protocolo

O cabo LRD precisa suportar tbt3 e confirmar se o anúncio tbt3 e a resposta SOP estão corretos

Resposta de descoberta de identidade do SOP do cabo

[ID Header VDO] B26 (operação do modelo) definido como 1b (modo alternativo)

[ID Header VDO] B29..27 (tipo de produto) definido para 11b (cabo passivo)

[Cabo VDO] B2..0 (velocidade mais alta do USB) definido como 010b (USB3.2 / USB4 Gen2)

Resposta VDO do modo de descoberta do cabo SOP 'TBT

B20..19 (arredondado / arredondado& nenhum) definido como 01b (ambos)

B21 (ótico / nenhum) definido como 0 (nenhum)

B22 (Re-timer / Re-driver) definido para 0b (Re-driver)

B23 (Uni / Bidirecional) definido para 1b (Uni)

B25 (ativo / passivo) a 1b (ativo)

3. Requisitos de energia do cabo ativo

3.1. As especificações de queda de infravermelho de VBUS e cabos de aterramento são as mesmas dos cabos passivos

Queda VBUS IR ： ≤500 mV

Queda de infravermelho do solo: ≤250 mV

3.2. O fornecimento de energia do cabo ativo é principalmente através do vconn, e o consumo máximo de energia é limitado

Energia consumida por vconn ≤ 1,5W

4. Teste térmico

Por razões de segurança, o sensor de temperatura deve ser configurado dentro do cabo ativo. Quando a temperatura da superfície do invólucro de plástico do cabo ativo atinge 80 ℃ ˚ C ou a temperatura da superfície do metal atinge 55 ˚ C. A transferência de dados USB 3.2 / usb4 deve ser interrompida.

Além disso, a temperatura da superfície do plugue do cabo ativo e a temperatura máxima de trabalho da superfície do invólucro não devem exceder a temperatura ambiente em 30 ℃ ˚ C. Ou temperatura da superfície do invólucro de metal 15 ˚ C。

A temperatura da superfície (TS) do invólucro de plástico do cabo ativo inclui principalmente a temperatura de trabalho (TMB) do host conectado e da placa-mãe do dispositivo, os componentes ativos no cabo e a temperatura ambiente atual (TA). O teste de certificação real é dividido principalmente em duas partes: temperatura da superfície (TS) e desligamento térmico. O ambiente de teste é mostrado na figura abaixo:

4.1 Temperatura da superfície (Ts)

temperatura da superfície

Conforme mostrado na Figura 3, teste a conexão, simule a placa-mãe do host / dispositivo por meio da placa do aquecedor do dispositivo de teste térmico em temperatura ambiente e deixe a temperatura do TMB subir para (TA + 25) ˚ C) Em seguida, conecte o cabo ativo e configure o carga total do host para o dispositivo (incluindo transmissão simultânea de dados em alta velocidade e carga PD 100W). Neste momento, use a câmera infravermelha para descobrir a área de temperatura mais alta do plugue do cabo (Fig. 4) e cole o" termopar" patch nesta alta temperatura para teste de temperatura (Fig. 5). Detecte a temperatura da superfície do revestimento plástico do plugue do cabo e avalie se o teste foi aprovado: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Figura 4: câmera infravermelha para encontrar a área de temperatura mais alta

Figura 5: &; ThermalCouple &. patch aderiu à área mais quente.

4.2 Proteção contra superaquecimento de desligamento térmico

O ambiente de teste para proteção contra superaquecimento é o mesmo acima. Além disso, o patch de aquecimento é revestido na concha de plástico do plugue do cabo (Fig. 6). Comece a aquecer o patch de aquecimento à temperatura ambiente. Quando a temperatura atinge 85 ℃ ˚ C, os resultados do teste são determinados: o cabo ativo precisa interromper a transmissão de dados USB 3.2 / usb4.

Figura 6: patch de aquecimento do aquecedor flexível

Nota: para equipamento de teste térmico de cabo ativo e acessórios relacionados, entre em contato com OD Liao @ luxshare -ict.com

Teste Elétrico

Para o cabo LRD, o cabo passivo ainda é usado na configuração de cabo USB 2.0, SBU e CC. O método de teste e as especificações são iguais aos do cabo passivo. O par de sinais de alta velocidade TX1 / rx1 / TX2 / rx2 está equipado com componentes ativos de re driver. As especificações de teste estão de acordo com o cabo ativo LRD CTS versão 0.8. Os itens de teste são divididos principalmente nos três itens a seguir:

Teste de domínio de frequência

Domínio do tempo - teste de cabo autônomo de cabo

Domínio do tempo - teste de olho de saída de cabo

Teste de domínio de frequência 5.1

Perda de retorno integrado (IRL)

Multi-reflexo integrado (IMR)

Margem de operação do canal (COM)

Figura 7: diagrama de conexão dos parâmetros S capturados pelo VNA do analisador de rede vetorial

Para itens de teste no domínio da frequência, o método de teste é o mesmo dos cabos passivos. Os parâmetros S são recuperados pelo analisador de rede vetorial VNA. Existem 8 arquivos s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, bidirecional) para pares diferenciais de alta velocidade e por meio do software get_ iPar_ V0p91a para análise.

5.2 domínio do tempo - teste autônomo do cabo

Máscara ilfit de cabo (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): perda de inserção

OUTPUT_ Noise (𝝈): desvio padrão do ruído de saída (excluindo ruído não linear)

SIGMA_ E (𝝈): desvio padrão do ruído não linear de saída

Cabo CM_ Ruído: modo comum AC

O teste do corpo do cabo (excluindo ISI do sistema e jitter) testa principalmente a perda de inserção, ruído de saída, ruído não linear e modo comum CA do próprio cabo. A conexão de teste é mostrada na figura abaixo. Sob a saída TP2 (conforme mostrado na Tabela 4) padrão, oscilação, sem jitter, sem SSC, sem configurações de equalização de TX, como" padrão: prbs15, swing 800mv, SSC desligado, jitter desligado, predefinição 0 [GG ] quot ;, o gerador de sinal primeiro conecta o cabo passivo de pior caso para teste, o osciloscópio captura a forma de onda *. Bin, então muda para o cabo LRD para teste e realiza a seguinte análise de parâmetro por meio do software. Em seguida, compare o cabo LRD. O resultado do teste deve ser igual ou melhor do que o cabo passivo. O teste deve abranger três velocidades: USB4 Gen2 / gen3 e USB 3.2 Gen2.

Nota:" pior caso cabo passivo" refere-se ao cabo passivo com a perda de inserção máxima dentro da especificação do cabo, como cabo passivo USB 3.2 Gen2 de 1m, cabo passivo USB4 Gen2 de 2m e cabo passivo USB4 gen3 de 0,8m.

Fig. 8: diagrama de conexão para teste do corpo do cabo

5.3 domínio do tempo - teste de diagrama de olho de saída de cabo

(Teste de olho de saída de cabo）

5.3.1. Teste USB4 Gen2 / gen3:

A conexão do teste do diagrama de olho de saída do cabo (incluindo sistema ISI e jitter) é mostrada na figura abaixo. O ambiente de teste é o mesmo que o ambiente de teste de autenticação do receptor RX de host / dispositivo USB4. O ambiente de teste USB4 RX precisa ser corrigido primeiro. Você pode controlar diretamente o gerador de padrões Anritsu mp1900 por meio do aplicativo de teste grl-usb4-rx, conforme mostrado na Figura 9, Calibrar o ambiente de teste USB4 RX com keysight ou osciloscópio Tektronix.

Após a calibração, conecte o" pior caso, cabo passivo" primeiro durante o teste. A configuração da condição de teste inclui a saída de prbs31 no padrão Gen e a configuração da predefinição USB4 (16 grupos no total). Depois que o sinal passar pelo cabo, capture cinco formas de onda no osciloscópio e 80 formas de onda precisam ser capturadas em cada grupo em alta velocidade; Em seguida, nas mesmas condições de teste, remova o cabo passivo, substitua o cabo LRD e capture a forma de onda no osciloscópio; Em seguida, o diagrama do olho, a largura do olho e a área dos olhos foram testados e analisados ​​com o software USB4 sigtest.

Figura 10: Conexão de teste de diagrama de olho de saída de cabo USB4 gen3 / Gen2

Determinação de USB4 dos resultados do teste Gen2 / gen3 (média de 5 capturas):

Melhor área dos olhos do cabo LRD ≥ cabo passivo da melhor área dos olhos

E a largura do olho do cabo LRD ≥ 0,9 * cabo passivo

1.3.2. Teste USB Gen2:

O ambiente de teste é o mesmo que o ambiente de teste de autenticação do receptor usb3.2 RX. O ambiente de teste do USB 3.2 RX precisa ser corrigido primeiro (conforme mostrado na Figura 11). O gerador de padrões Anritsu mp1900 pode ser controlado automaticamente diretamente por meio do aplicativo grl-usb3-rxtest e calibrado com o osciloscópio keysight ou Tektronix

Após a calibração, nas condições de teste USB 3.2 Gen2 RX, selecione Rx para calibrar o ambiente PJ @ 100MHz. Depois de passar pelo dispositivo elétrico e pelo cabo LRD, o osciloscópio captura a forma de onda cinco vezes e a analisa com o software usb3sigtest e 7 modelos CTLE. (usb3 sigtest tem apenas um modelo ctle_5db inicialmente, e é necessário definir manualmente e complementar o modelo ctle_0db ~ ctle_6 DB)

Julgamento dos resultados do teste USB 3.2 Gen2, (valor médio de 5 capturas):

Melhor área dos olhos do cabo LRD ≥ cabo passivo da melhor área dos olhos

E a largura do olho do cabo LRD ≥ 0,9 * cabo passivo

resumo

O USB tipo C é amplamente utilizado em computadores e dispositivos periféricos relacionados, bem como cabos passivos e cabos ativos. Alguns suportam apenas USB 2.0 e carregamento, e alguns podem suportar USB 3.2 e USB4; Eles são todos conectores USB tipo C, que suportam recursos e velocidades diferentes, o que é fácil de confundir os usuários. A associação USB também se concentra na experiência do usuário e está comprometida com um cabo tipo C, que pode atender a todas as aplicações. Na parte do cabo ativo, a especificação deve suportar transmissão bidirecional, plug-in positivo e negativo, canal duplo (x2), etc. Tomando o cabo ativo USB4 LRD como exemplo, ele pode suportar USB4, USB 3.2, USB 2.0 , thunderbolt 3, carregamento de PD, etc. para atender ao aplicativo USB tipo C com uma linha.

A maior diferença entre o cabo ativo USB tipo C e o cabo passivo é se existem componentes ativos, o que também leva a métodos diferentes para testar sinais diferenciais de alta velocidade. O teste de cabo ativo adota o método de teste de alta frequência existente do host e dispositivo USB4 e usa gerador de sinal de alta frequência e osciloscópio de alta frequência para teste. O ambiente de teste e os métodos são relativamente complexos, o GRL fornece soluções de teste automatizado para teste de USB4, o que pode reduzir a complexidade do teste. GRL tem uma vasta experiência no ajuste de EQ, ganho e outros parâmetros e auxilia os clientes na depuração. A GRL também pode fornecer host e dispositivo USB4, cabo USB4 passivo, cabo USB4 ativo e outros serviços de teste e certificação.

Referência

Cabo USB tipo C e especificação de conector, versão 2.1, maio de 2021

Conectores USB Tipo C e conjuntos de cabos CTS, revisão 2.1b, junho de 2021

Especificação dos requisitos de compatibilidade do USB4 ™ Thunderbolt3 ™, versão 1.0, janeiro de 2021.

Compatibilidade com USB4 ™ Thunderbolt3 ™ CTS, revisão 1.0, janeiro de 2021.

USB Power Delivery CTS, Revisão: 1.2, Ver 2, 20 de junho de 2021

Especificação de teste funcional de USB Tipo C, Capítulo 4 e 5, 23 de maio de 2021, Rev 0.88