原创 USB3.0测试——你的线缆会扯后腿吗？

今年来自业界大大小小的USB3.0研讨会热闹非凡，本来在之前的博文也不遗余力地花了大量篇幅去剖析USB3.0发射端和接收端的难点和解决方案，甚至可能过于大篇幅了（尤其在微博盛行的时代）。USB3.0其5Gbps的传输速率，让所有人都感觉“看上去很美”，各大厂商都摩拳擦掌。最近收到某客户的邮件，问有关USB3.0线缆测试的一些问题，在此与大家分享。

USB3.0在5Gbps 的速率下，任何对信号上升时间、脉冲宽度、时序、抖动或噪声的影响会直接对系统的稳定性产生不良的后果。为了保证信号完整性，理解和控制传输线阻抗及其损耗是非常有必要的。阻抗的失配和变化会引起反射，降低信号质量。USB3.0 规范的线缆一致性测试帮助最小化潜在的降低系统性能的影响。下面列表中包含了USB3.0 线缆测试的要求：

1. 阻抗(Impedance)

2. 差分对内时间偏差(Intra-pair Skew)

3. 差分插入损耗(Differential insertion loss)

4. 差分回损(Differential return loss)

5. 差分近端串扰(Differential Near-end crosstalk)

6. USB2.0和USB3.0间差分串扰(Differential Crosstalk between USB2.0 and USB3.0 pair)

7. 差分共模转换(Differential to CM conversion)

言归正传，问题如下：

１．            线缆测试中，Differential Insertion Loss，Differential Near-End Crosstalk between SuperSpeed Pairs，Differential to Common Mode Conversion这三项测试的意义分别是什么？

Differential Insertion loss 是一个频域参数，表征的是差分信号线对对输入信号不同频率成分（谐波成分）的衰减量。大家都知道，数字信号可以看成不同频率的谐波成分的合成，这里的谐波成分指的都是指正弦波。以USB3.0为例，如果它的Differential insertion loss在2.5G的频率点的值为-6dB时，表示在这根cable的一端输入一个幅度为1V，频率为2.5G Hz的正弦波信号时，在cable的另一端，可以测量得到一个幅度为0.5V，频率为2.5G Hz的正弦波信号，也就是信号经过这根cable的传输，在这一频点上信号幅度会衰减一半。

所以通过测试这一参数，我们可以很清楚的知道经过这根cable的数字信号各个不同频率成分的衰减是多大。

Differential Near-End Crosstalk between SuperSpeed Pairs也是频域的参数，表征的是在不同频率下，差分信号线对的输入信号在输入侧的相邻差分信号对上感应产生的信号幅度有多少。还是以USB3.0为例，假定以A口的Rx信号线对为输入，A口的Tx信号线对为输入（或是做接收），B口的Tx和Rx全部用50欧姆端接，在2.5G频点时测量得到的Differential Near-End Crosstalk值为-20dB，那么表示当在A口的Rx端输入一个幅度为1V，频率为2.5G Hz的正弦波信号时，在A口的Tx差分线对上，会产生一个0.1V，频率为2.5G Hz的正弦波信号，这一信号是通过差分线对间的磁场耦合感应产生的，这一感应电压时有害的，会干扰本身在Tx线对上传输的信号，所以我们希望这个参数应该是越小越好，对于cable的manufacturer来说，这个参数要控制的好，就需要加更多、更好的屏蔽材料，更高的工艺要求，也就意味着更高的成本。所以他们一般会在符合SPEC要求的情况下去取一个性能、成本都能接受的是一个折中方案。

Differential to Common Mode Conversion还是一个频域参数，表征的是在不同频率下，差分信号在传输后产生的共模电压的幅度。这一共模电压主要是由于差分线对队内的skew（Tx+和Tx-时延差或是长度差）或是相位差引起的，如果是源端输入的是理想差分信号（同相、等幅、极性相反），而传输路径也是非常理想，那么在输出端理论上是不会要共模电压产生的，有共模电压直接的后果就是带来EMI辐射，过大的EMI会导致产品的EMI超标，所以这一项测试主要还是测试线缆的EMI抑制能力。

２．            如果测试不通过，这三项分别会带来什么影响呢？

USB3.0的SPEC为了保证不同厂商生产的各个部分互联之后系统能够正常工作，为transmitter、cable、receiver都规定了个各自的测试limit值，如果三部分测试都能过自己的测试项目，那么这样互联后的系统肯定可以稳定工作。至于cable的这三项，如果测试超过了limit值，测试fail了，我们说这根cable是不符合USB3.0 SPEC要求的产品，但是这并不是说这样的cable一定不能用，如果cable所用的系统中的transmitter和receiver的性能距离各自的limit还有很多的裕量富余，而且这两部分的性能裕量可以弥补掉该cable不达标所带来的性能损失那么这个系统还是可以正常工作的，但是如果系统中的transmitter和receiver都是刚刚好满足各种的limit要求，再使用这根cable，这个系统肯定就工作不正常。 所以如果测试不过，问题应该在供应商，也可以根据自己系统的裕量了综合评定，能否使用。

３．            Cable需要测试阻抗吗？

阻抗也是要测试的，USB3.0的cable 阻抗要求是90±15ohm

DSA8200 采样示波器，配合80E04 TDR 模块和IConnect 测量软件，以及A/B接口的测试夹具，提供了完整的USB3.0线缆一致性测试。