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    2021-2-1 15:32
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    USB 3.2 Framework框架 &Interoperability 标准测试
    原创声明 作者:GRL实验室/ 曾威华 Wing Tseng 本篇文章将针对 USB3.2 框架及标准测试做介绍,这两部分属于协议层 (Protocol Layer) 及 Function 的测试。 USB3.2 框架 (Framework) 测试 Framework 测试因为主要的测试项目皆为 TD9.X 开头,所以我们说的 Chapter9 或 CV 测试也是在指 Framework 测试。使用的软件工具是 USB-IF 协会提供的 Command Verifier ,目前 CV 工具有 USB30CV 、 USB20CV 、 HUB30CV 、 XHCICV 、 EHCICV 和 MHU3CV 。一个待测物需要测试其最高速及 High Speed 、 Full Speed 的 Chapter9 ,另外还需测试该待测物的 Device Class Test ,接着我们将对最常见的 Chapter9 测试做介绍。 USB 装置状态被分类为以下几种, 见表 ( 一 ) : 表 ( 一 ) 连接 USB3.2 主机 (Host) 和装置 (Device) 后会互相向对方请求许多描述 (Descriptor) ,在请求这些 Descriptor 时会用 到 Setup Packet , Setup Packet 的组成整理如表 ( 二 ) : 表 ( 二 ) bRequest 的标准装置请求 (Standard Device Requests) 整理如下表 ( 三 ) : 在 Framework 测试中,测试目的为待测物的固件宣告是否正确及小部分的 Function 测试 ( 如: Function Remote Wakeup 和 Enumeration 测试 ) ,测试软件会对我们的待测物发送不同的 bRequest 及 Function 的测试,即可比对待测物的宣告是否如实际状况相同。当中几个常见的测试失败有: U1 及 U2 没开启、 Self-Power 或 Bus-Power 宣告错误、 bcdUSB 的版本命名宣告错误。 USB3.2 Interoperability 测试 在 USB3.2 产品拿认证的测试当中,一定会需要测试产品的功能性,这是 IOP(Interoperability) 测试的目的。测试 原理就是将我们的待测物与 Gold Tree 连接起来之后,进行我们整个 Gold Tree 及待测物的功能性验证,若整个 Gold Tree 及待测物的功能性都能够正常运作,则代表通过此测试。因 USB 接口最多可以接 5 层 Hub ,所以 Gold Tree 的设计都是在这样的环境下做测试。这边提供范例为 USB3.2 Gen2 Peripheral 的 Modified IOP 测试环境如图 ( 一 ) : 图 ( 一 ) 来源 : xHCI Interoperability Test Procedures 接着就可利用 IOP 环境图来测试待测物的功能性,测试步骤整理如下表 ( 四 ) 表 ( 四 ) 以 USB3.2 Gen2 Peripheral 测试为例子,测试完待测物在其最高速 SuperSpeedPlus 的 IOP 环境之后,还需将待测物分别降速到 SuperSpeed 、 High Speed 及 Full Speed 的 IOP 环境去做测试,测试步骤整理如表 ( 五 ) : 表 ( 五 ) 若今天 USB3.2 产品可能是 Compound Device 甚至是要过 Silicon 测试时,所需要测试的 Gold Tree 环境也更为多样,因测试目的及原理皆大同小异,所以我们就举一个例子为代表。 另外在 IOP 的 CTS 之中,除了与 Gold Tree 的功能性测试之外,还有与省电状态相关的 U1/U2 测试及 L1/LPM 测试,针对不同 USB3.2 产品所需测项也整理如表 ( 六 ) : 表 ( 六 ) U1/U2 测试、 LPM 测试及 L1 测试的测试标准也整理如表 ( 七 ) : 表 ( 七 ) 最后则是我们 Current Measurement 的部分,用于 Upstream Port 测试,测试目的为待测物在不同状态时的电流拉载不可超过规范值,以确保待测物的功耗不会过高且在安全的范围值之内。 Current Measurement 测试会搭配 CV 测试工具, SuperSpeedPlus/High Speed 和 SuperSpeed/High Speed 的 Current Measurement 使用到 USB30CV , High Speed/Full Speed 的 Current Measurement 使用到 USB20CV 。在 USB3.2 产品最大电流拉载宣告分有 High Power 及 Low Power 两种定义整理如表 ( 八 ) : High/Full Speed 的 Current Measurement 测试在 EHCI Controller 下,规范整理如表 ( 九 ) : SuperSpeed/High Speed 的 Current Measurement 测试在 xHCI Controller 下,规范整理如表 ( 十 ) : SuperSpeedPlus/High Speed 的 Current Measurement 测试在 ASMedia Add-in Card ( ASM3142 ) 下,规范整理如表 ( 十 一 ) : 参考文献: Universal Serial Bus 3.2 Specification, September 22, 2017 Unibersal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification, July 14, 2017 xHCI Interoperability Test Procedures For Peripherals, Hubs and Hosts, Revision 0.95, October 2018 作者: GRL 测试工程师曾威华 Wing Tseng 擅长 USB 、 PCIe 、 SATA 接口测试。 GRL 技术文章作者及讲师。希望帮助大家顺利测试拿到接口 Logo ,彼此互相交流共同成长飞翔。 本文件中规格特性及其说明若有修改恕不另行通知。
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    2020-11-27 15:13
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    屏幕使用万能通用接口USB-C® 面临的问题与挑战
    自从2016年第一台USB-C ® 屏幕问市以来,我们可以发现使用USB-C ® 接口的屏幕是愈来愈多,这归功于USB Type-C® 的易用性及便利性设计,不论正面或反面,都能顺利插入装置,加上只需要1条USB-C ® cable就能完成充电、数据及影音传输,其相关的产品应用更是把用户体验推升到另一个高度。 有别于传统的HDMI, DP及VGA接口的大小限制,USB Type-C® 接头很小,小到许多产品都可以配备,手机、平板、笔记本电脑等多种装置皆可更加广泛的搭载,这代表着USB-C ® Monitor能够使用的source种类更多样化。 USB Type-C® 作为全新的接口标准使用于屏幕上,除了上述优点之外,百佳泰进一步发现,为了单一接口就能达到多功能供给,其设计的复杂度是传统接口的好几倍。屏幕信号来源的多样性,对于各装置的兼容性无疑是另一种挑战。 接下来我们会提出几个案例,希望以深入浅出的探讨及专业白话的解释,能让大家对USB-C ® 屏幕有不一样的观点: 1. 屏幕老是黑屏没画面 屏幕没画面在我们的测试经验里,这个问题非常严重,也很常见。为什么呢?让我慢慢告诉你…一开始大家在制造与设计上的经验不足,常常花很多时间才能去厘清与解决没画面的问题;随着时间的演进,经验与能力都追上来了,但为什么还是常常出现没画面的问题呢?这是因为屏幕的功能愈来愈多,电路图与逻辑流程图是愈来愈复杂,加上外围的产品线愈来愈丰富,也大大提升问题的发生机率,只因单纯的显示功能已经不能满足消费者的胃口了。 2. 遗失的声音藏在细节里 随着愈来愈多人在家工作(work from home),利用笔记本电脑处理任务的同时还能一边播放着轻快的音乐,但接上 USB-C ® 屏幕后发现,播放的音乐不见了,不接屏幕之后,音乐又回来了。到底发生了什么事,让我们来说明给你听。打开设备管理器出现了该屏幕的声音装置,播放装置也已设定为Default Device (如下图),但其实这颗 USB-C ® 屏幕是不支持声音的。 进一步分析后发现,该 USB-C ® 屏幕的这一系列的产品,有支持Audio及不支持Audio的型号,但在开发时期都多都会用有Audio的固件来做开发,最后再把Audio的设定关掉就可以了。但往往会因不小心没不注意,最后使用了不对的固件就上市了。 3. 充电假动作,愈充电愈少 USB-C ® 屏幕除了显示之外,有些机种还支持Power Delivery(PD)的功能,除了能够帮手机、平板充电外,甚至支持大功率的还可以帮计算机充电。但我们发现不充电的问题是比较好发现好解决的,反而是功率不够、电流不足的问题才是棘手的毛病。 以上图的案例来看,电压20V,但电流只有0.036A,但笔记本电脑可能还是会有充电符号。当你想再次确认问题时,电流又来到2A左右,真是让人摸不着头绪。 4. USB Hub 不是你想的这么简单 数据传输是 USB-C ® 的功能之一,应用于屏幕时简单的可以有USB Hub,进阶的可以加上Webcam、Lan、audio等等的功能,可以想做是一个docking station装进了 USB-C ® 屏幕。所以1个 USB-C ® 屏幕的内部设计,可能用了不只是1颗Hub IC,为了更多的功能取向可能会接好几颗Hub IC来满足。根据我们的经验来看,有些客户会觉得通过了USB-IF认证产品就没问题了,但事实往往不是这么单纯,产品生产出来之后,在自家检测都没问题,售卖到市场后会遇到五花八门的使用情境,客诉、退货等等的问题就一一浮现了,实在是不可不正视。 5. 不是只有质量不佳的 USB-C ® 线材会烧毁你的设备 大家是否还记得,2015年有一位Google工程师从网络上买好几条的 USB-C ® 线材来对他Chromebook Pixel进行充电测试,最后他的Pixel被充坏了,并于文末中告诉大家要从信誉良好的制造商那里购买有品牌的线材。这故事只说对了一半,从我们的测试经验里,不只是线材才有充电损坏的风险,进一步发现,屏幕的PD Charging及 USB-C ® 接头的设计及质量如果不良,同样也是会造成受电设备的损坏。好吧!!这确实是造成了我们测试上的困扰,总不能测试一次就坏几台设备吧。
  • 热度 8
    2016-5-11 09:45
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    应用: 工业测控现场、工业石油、弱电集成、数据采集行业 主要技术参数: 模拟量输入 通道数           8通道 输入保护         2500V电压隔离。60V直流过压保护 测量误差         0.2%@25 0 C满量程 温度漂移         小于50ppm/ 0 C 总线接口 接口类型         R S485 波特率              1.2Kbps~115.2 Kbps 数据格式         支持多数据格式 通信协议         MODBUS RTU从机 总线保护         隔离电压2500V;ESD 15KV;浪泳保护:800W   电源 电源                   DC9V~DC24V,无极性输入、80mA@24V MAX 电源防护         过压保护:60V;过流保护:800mA; 浪泳保护:800W         成都江腾科技有限公司   http://www.jiangteng-tech.com
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    2015-11-9 14:22
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      现在各类数码产品的功能越来越强大,而电路板却越来越小,集成度越来越高。并都或多或少的装有部分接口用于人机交互,这样就存在着人体静电放电的ESD问题。一般数码产品中需要进行ESD防护的部位有:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口。该如何实现有效的静电防护呢?且看电路保护专家 硕凯电子 (http://www.socay.com)怎么说:   ESD可能会造成产品工作异常、死机,甚至损坏并引发其他的安全问题。所以在产品上市之前,国内或国外检测部门都要求进行ESD和其它浪涌冲击的测试。其中接触放电需要达到±8kV,空气放电需要达到±15kV,这就对ESD的设计提出了较高的要求。   在壳体和PCB的设计中,对ESD问题加以注意之后,ESD还会不可避免地进入到产品的内部电路中,尤其是以下一些端口:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口,这些端口很可能将人体的静电引入内部电路中。所以,需要在这些端口中使用ESD防护器件。   因为静电抑制器具有体积小(0603、0402)、无极性、反应速度快等诸多优点,现在的设计中使用静电抑制器作为防护器件的比例越来越多,在使用时应注意以下   (1)将该器件尽量放置在需要保护的端口附近;   (2)到GND的连线尽可能短; (3)所接GND的面积尽可能大。     工程师建议手机中加入小封装的ESD静电二极管,目前硕凯电子的 ESD静电二极管 最小封装能够做到0201,完全能够满足手机静电防护器件的封装需求。ESD静电保护器是一种过压、防静电保护元件,是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD保护器件是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容,具有优异的传输线脉冲(TLP)测试,以及IEC6100-4-2测试能力,尤其是在多采样数高达1000之后,进而改善对敏感电子元件的保护。  静电保护器件的选型要点:     静电保护元件的产品选型最终还是要根据各个客户的具体需求选择适合的ESD型号。在为客户选型和提供产品方案的时候,一定要切记,遵循以下两个原则: Vdrw≥电路上的工作电压 根据应用端口,防护等级选择贴片压敏电阻或者是二极管,根据传输频率选择电容值,频率越高,器件的容值就要越低,容值太大容易造成信号丢包,因此,一定要根据自身需求选择最适合的ESD。   现在各类数码产品的功能越来越强大,而电路板却越来越小,集成度越来越高。并都或多或少的装有部分接口用于人机交互,这样就存在着人体静电放电的ESD问题。一般数码产品中需要进行ESD防护的部位有:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口。该如何实现有效的静电防护呢?且看电路保护专家 硕凯电子 (http://www.socay.com)怎么说:   ESD可能会造成产品工作异常、死机,甚至损坏并引发其他的安全问题。所以在产品上市之前,国内或国外检测部门都要求进行ESD和其它浪涌冲击的测试。其中接触放电需要达到±8kV,空气放电需要达到±15kV,这就对ESD的设计提出了较高的要求。   在壳体和PCB的设计中,对ESD问题加以注意之后,ESD还会不可避免地进入到产品的内部电路中,尤其是以下一些端口:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口,这些端口很可能将人体的静电引入内部电路中。所以,需要在这些端口中使用ESD防护器件。   因为静电抑制器具有体积小(0603、0402)、无极性、反应速度快等诸多优点,现在的设计中使用静电抑制器作为防护器件的比例越来越多,在使用时应注意以下   (1)将该器件尽量放置在需要保护的端口附近;   (2)到GND的连线尽可能短; (3)所接GND的面积尽可能大。     工程师建议手机中加入小封装的ESD静电二极管,目前硕凯电子的 ESD静电二极管 最小封装能够做到0201,完全能够满足手机静电防护器件的封装需求。ESD静电保护器是一种过压、防静电保护元件,是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD保护器件是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容,具有优异的传输线脉冲(TLP)测试,以及IEC6100-4-2测试能力,尤其是在多采样数高达1000之后,进而改善对敏感电子元件的保护。  静电保护器件的选型要点:     静电保护元件的产品选型最终还是要根据各个客户的具体需求选择适合的ESD型号。在为客户选型和提供产品方案的时候,一定要切记,遵循以下两个原则: Vdrw≥电路上的工作电压 根据应用端口,防护等级选择贴片压敏电阻或者是二极管,根据传输频率选择电容值,频率越高,器件的容值就要越低,容值太大容易造成信号丢包,因此,一定要根据自身需求选择最适合的ESD。
  • 热度 12
    2015-6-4 14:50
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    我们知道,在电路系统的各个子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地“流通”,例如有时电路子模块各自的工作时序有偏差(如CPU与外设)或者各自的信号类型不一致(如传感器检测光信号)等,这时我们应该考虑通过相应的接口方式来很好地处理这个问题。 下面就电路设计中7个常用的接口类型的关键点进行说明一下: (1)TTL电平接口:这个接口类型基本是老生常谈的吧,从上大学学习模拟电路、数字电路开始,对于一般的电路设计,TTL电平接口基本就脱不了“干系”!它的速度一般限制在30MHz以内,这是由于BJT的输入端存在几个pF的输入电容的缘故(构成一个LPF),输入信号超过一定频率的话,信号就将“丢失”。它的驱动能力一般最大为几十个毫安。正常工作的信号电压一般较高,要是把它和信号电压较低的ECL电路接近时会产生比较明显的串扰问题。 (2)CMOS电平接口:我们对它也不陌生,也是经常和它打交道了,一些关于CMOS的半导体特性在这里就不必啰嗦了。许多人都知道的是,正常情况下CMOS的功耗和抗干扰能力远优于TTL。但是!鲜为人知的是,在高转换频率时,CMOS系列实际上却比TTL消耗更多的功率,至于为什么是这样,请去问半导体物理理论吧。由于CMOS的工作电压目前已经可以很小了,有的FPGA内核工作电压甚至接近1.5V,这样就使得电平之间的噪声容限比TTL小了很多,因此更加加重了由于电压波动而引发的信号判断错误。众所周知,CMOS电路的输入阻抗是很高的,因此,它的耦合电容容量可以很小,而不需要使用大的电解电容器了。由于CMOS电路通常驱动能力较弱,所以必须先进行TTL转换后再驱动ECL电路。此外,设计CMOS接口电路时,要注意避免容性负载过重,否则的话会使得上升时间变慢,而且驱动器件的功耗也将增加(因为容性负载并不耗费功率)。 (3)ECL电平接口:这可是计算机系统内部的老朋友啊!因为它的速度“跑”得够快,甚至可以跑到几百MHz!这是由于ECL内部的BJT在导通时并没有处于饱和状态,这样就可以减少BJT的导通和截止时间,工作速度自然也就可以提上去了。But,这是要付出代价的!它的致命伤:功耗较大!它引发的EMI问题也就值得考虑了,抗干扰能力也就好不到哪去了,要是谁能够折中好这两点因素的话,那么他(她)就该发大财了。还有要注意的是,一般ECL集成电路是需要负电源供电的,也就是说它的输出电压为负值,这时就需要专门的电平移动电路了。 (4)RS-232电平接口:玩电子技术的基本没有谁不知道它的了(除非他或她只是电子技术专业的“门外汉”)。它是低速串行通信接口标准,要注意的是,它的电平标准有点“反常”:高电平为-12V,而低电平为+12V。So,当我们试图通过计算机与外设进行通信时,一个电平转换芯片MAX232自然是少不了的了。但是我们得清醒地意识到它的一些缺点,例如数据传输速度还是比较慢、传输距离也较短等。 (5)差分平衡电平接口:它是用一对接线端A和B的相对输出电压(uA-uB)来表示信号的,一般情况下,这个差分信号会在信号传输时经过一个复杂的噪声环境,导致两根线上都产生基本上相同数量的噪声,而在接收端将会把噪声的能量给抵消掉,因此它能够实现较远距离、较高速率的传输。工业上常用的RS-485接口采用的就是差分传输方式,它具有很好的抗共模干扰能力。 (6)光隔离接口:光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的,它的“好处”就是能够实现电气隔离,因此它有出色的抗干扰能力。在电路工作频率很高的条件下,基本只有高速的光电隔离接口电路才能满足数据传输的需要。有时为了实现高电压和大电流的控制,我们必须设计和使用光隔离接口电路来连接如上所述的这些低电平、小电流的TTL或CMOS电路,因为光隔离接口的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏特的高压,足以满足一般的应用了。此外,光隔离接口的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源,否则的话还是有电气联系,也就不叫隔离了。 (7)线圈耦合接口:它的电气隔离特性好,但是允许的信号带宽有限。例如变压器耦合,它的功率传输效率是非常高的,输出功率基本接近其输入功率,因此,对于一个升压变压器来说,它可以有较高的输出电压,但是却只能给出较低的电流。此外,变压器的高频和低频特性并不让人乐观,但是它的最大特点就是可以实现阻抗变换,当匹配得当时,负载可以获得足够大的功率,因此,变压器耦合接口在功率放大电路设计中很“吃香”。
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