USB4 LRD actieve kabeltest en certificering

De specificatie van de actieve USB4-kabel volgt de specificaties van de USB type-C-connector en kabel. op dit moment is de nieuwste versie Rev. 2.1. De definitie van EPR (extended power range) kabel is toegevoegd, en de ECN (engineer change notice) van de vorige actieve kabel is in deze versie geïntegreerd. Laat' eens kijken naar de actieve USB type-C-kabel.

USB 3.2 korte actieve kabel

USB4 korte actieve kabel

USB 3.2 Optisch Geïsoleerde Actieve Kabel (OIAC)

Onder hen is OIAC een glasvezelkabel met een lengte van 50 meter. Op dit moment is bepaald dat het maximaal USB 3.2 Gen2-snelheid kan ondersteunen (maar ondersteunt geen USB2.0- en VBUS-voeding), die voornamelijk wordt gebruikt voor industriële doeleinden, machinevisie, sensoren op afstand, professionele video en medische toepassingen. De elektrische specificatie van USB4 lineaire optische actieve kabel is echter niet gedefinieerd; vervolgens zullen we het deel van de korte actieve kabel introduceren.

Korte actieve kabel actieve kabel

Binnen 5 meter lengte

Full-feature type-C en USB PD 3.0 eMarker zijn vereist

Het is vereist om bidirectionele en positieve en negatieve insertie te ondersteunen

Volgens de ondersteuningscapaciteit kan het worden onderverdeeld in actieve USB 3.2- en USB4-kabels

USB 3.2 actieve kabel:

-USB 3.2 Gen 2x2 (10GHz dual channel) moet worden ondersteund

* actieve kabels die alleen enkelkanaals (x1) ondersteunen, zijn niet toegestaan

-Alt-modus optionele ondersteuning

USB4 actieve kabel:

-Alle USB 3.2- en USB4-snelheden (dual channel) moeten worden ondersteund

-Tbt3 alt-modus moet worden ondersteund

De draadvereisten van VBUS, vconn, CC en USB 2.0 komen overeen met de vereisten van passieve kabels

De actieve kabel moet worden gevoed door vconn

Actieve kabel bevat repeatercomponenten, zoals re-timer of re-driver, voornamelijk voor hogesnelheidssignalen TX1, TX2, rx1 en rx2. Re timer ontwikkeling is complex en duur. De lineaire re-driverkabel (LRD) die wordt gedomineerd door re-driver heeft de kenmerken van een lage complexiteit, een laag stroomverbruik en lage kosten. Hoewel het pas later werd toegevoegd aan het USB-ecosysteem en werd opgenomen in de USB type-C-specificatie, werd de LRD-kabel voor het eerst op de markt geïntroduceerd. De 40 Gbps Thunderbolt 4-kabel van twee meter is bijvoorbeeld de LRD-kabel die USB4 ondersteunt.

De belangrijkste componenten van de LRD-kabel zijn onder meer de RX-equalizer en de outputdriver, die respectievelijk verantwoordelijk zijn voor het compenseren van kabelverlies, het aanpassen van de DC-versterking en het aanpassen van de grootte van de pre-accentuering en het signaal van de output, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Aangezien de LRD-kabel geen CDR (clock data recovery) heeft, worden jitter en ruis die bij de kabelingang wordt ontvangen, overgebracht naar de kabeluitgang; Tegelijkertijd kan RX EQ ook hoogfrequente ruis versterken; Door de toevoeging van actieve componenten zal de impedantie van de padkaart discontinu zijn; Naast lange kabels is het gemakkelijk om lengteverschillen en grote pn scheeftrekkingen in het productieproces te veroorzaken, waardoor de AC common mode de specificatie overschrijdt. Op basis van bovenstaande punten wordt bij het ontwerp rekening gehouden met:

Hoogfrequente ruis veroorzaakt door kabels

Of de EQ in de kabel goed gebalanceerd is en of het signaal onvoldoende of overgebalanceerd is?

Impedantieaanpassing van extra componenten in de actieve kabel

Pn scheeftrekking van kabel hoge snelheid paar

Ondersteuning voor LRD-kabelfunctie en eMarker-aankondiging

Dit staat vermeld in tabel 6-3 van USB type-C connector&versterker; kabel Rev 2.1-specificatie (zoals weergegeven in Tabel 2), moeten USB4 passieve kabel en USB4 actieve kabel (behalve OIAC) USB4, usb3, USB2 en tbt3 ondersteunen.

In het bijzonder is de USB4 LRD-kabel een actieve kabel, maar in de ID-header VDO-instelling van eMarker, moet B29... B27 worden gedeclareerd als passieve kabel (011b) en gedeclareerd met passieve kabel VDO. Omdat de LRD-kabel in een later stadium in de USB-specificatie is opgenomen, moet deze vooral compatibel zijn met tbt3-producten op de markt. Het moet als passief worden aangegeven. Hoewel het producttype als passief is gedeclareerd, zal tbt3 discovery doorgaan in het communicatieproces van USB4 discovery_ SVID (0x8087), en dan beoordelen of het"USB4 with tbt3 gen3 active cable" is.

Usb-if brengt nieuw USB4-logo en Icon . uit

Usb-if hield het USB-devdays 2021-seminar in Seattle (30 september tot 1 oktober) en bracht het nieuwe logo en pictogram van nominaal vermogen van USB type-C-kabel uit in combinatie met de EPR-specificatie (extended power range), zoals weergegeven in onderstaande tabel, zodat gebruikers snel de snelheid en het vermogen kunnen herkennen die door USB-producten worden ondersteund. De kabel die oorspronkelijk 100W (20V / 5A) ondersteunde, wordt niet meer gebruikt; Kabel die 5A ondersteunt, moet EPR 240W (48V/5A) ondersteunen.

Tabel 3: nieuw gecertificeerd USB type-C kabel logo en icoon (bron: usbdevdays 2021)

De actieve kabel van de LRD-kabel voegt een actieve componentre-driver toe om de lengte van de kabelsteun langer te maken. Bij praktisch gebruik en certificeringstests is het concept dat de prestaties van LRD-kabel consistent moeten zijn met of zelfs beter moeten zijn dan die van passieve kabel. Dat wil zeggen, onder dezelfde testomgeving moet de lrd-kabel gelijk zijn aan of beter zijn dan de passieve kabel in vergelijking met de passieve kabel.

LRD-certificeringstestitems zijn onder meer:

USB-c functionele test

USB PD e-markertest

Actieve kabelvoeding: IR-daling en stroomverbruik

Thermische oververhittingsbeveiliging

LRD elektrische karakteristiekentest

LRD-kabelcompatibiliteitstest (nog ter discussie)

De gedetailleerde elektrische test van de LRD-kabel is als volgt:

1. USB-c functionele test

Volgens de usb-c-functietestspecificatie is de kabeltest als volgt:

TD 4.1.3 Niet-aangedreven kabeltest

TD 4.13.5 Kabel EnterUSB en Data Reset Test

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Kabel Vconn Swap Test

TD 4.14.2 Kabelresettest

TD 4.14.3 Kabel alternatieve modustest

TD 4.14.4 Kabel USB 3.2 Test

TD 4.14.5 Kabel USB4-test

2. USB PD: e-markertest

Test volgens USB PD CTS de volgende drie items met betrekking tot kabel:

Algemene procedures en controles

Fysieke laagspecifieke tests

Protocolspecifieke tests

LRD-kabel moet tbt3 ondersteunen en bevestigen of de tbt3-aankondiging en SOP-reactie correct zijn

Cable SOP' Discover Identity antwoord

[ID Header VDO] B26 (modelbewerking) ingesteld op 1b (alt-modus)

[ID Header VDO] B29..27 (producttype) ingesteld op 11b (passieve kabel)

[Kabel VDO] B2..0 (USB hoogste snelheid) ingesteld op 010b (USB3.2/USB4 Gen2)

Kabel SOP' TBT Discover Mode VDO respons

B20..19 (afgerond/afgerond& geen) ingesteld op 01b(beide)

B21 (Optisch/geen) ingesteld op 0 (geen)

B22 (Re-timer/Re-driver) ingesteld op 0b (Re-driver)

B23 (Uni/Bi-directioneel) ingesteld op 1b (Uni)

B25 (Actief/Passief) tot 1b (Actief)

3. Vereisten voor actieve kabelvoeding

3.1. De IR-druppelspecificaties van VBUS- en aardingskabels zijn dezelfde als die van passieve kabels

VBUS IR-daling (500 mV)

Grond IR Daling (250 mV)

3.2. De voeding van de actieve kabel verloopt voornamelijk via de vconn en het maximale stroomverbruik is beperkt

Stroomverbruik door vconn ≤ 1.5W

4. Thermische test

Om veiligheidsredenen moet de temperatuurmeting in de actieve kabel worden ingesteld. Wanneer de oppervlaktetemperatuur van het plastic omhulsel van de actieve kabel 80 ˚ C bereikt of de temperatuur van het metalen oppervlak 55 ˚ C. De USB 3.2/usb4-gegevensoverdracht moet worden gestopt.

Bovendien mogen de oppervlaktetemperatuur van de actieve kabelstekker en de maximale werktemperatuur van het schaaloppervlak de omgevingstemperatuur niet met 30 C overschrijden. Of de oppervlaktetemperatuur van het metalen omhulsel 15 ˚ C。

De oppervlaktetemperatuur (TS) van de plastic schaal van de actieve kabel omvat voornamelijk de werktemperatuur (TMB) van het aangesloten host- en apparaatmoederbord, de actieve componenten in de kabel en de huidige omgevingstemperatuur (TA). De eigenlijke certificeringstest is hoofdzakelijk verdeeld in twee delen: oppervlaktetemperatuur (TS) en thermische uitschakeling. De testomgeving is weergegeven in onderstaande figuur:

4.1 Oppervlaktetemperatuur (Ts)

oppervlaktetemperatuur

Zoals weergegeven in afbeelding 3, test u de verbinding, simuleert u het moederbord van de host / het apparaat via de verwarmingskaart van de thermische testarmatuur bij kamertemperatuur en laat u de TMB-temperatuur stijgen tot (TA + 25) ˚ C) Sluit vervolgens de actieve kabel aan en stel de volledige belasting van de host naar het apparaat (inclusief gelijktijdige snelle gegevensoverdracht en PD 100W-belasting). Gebruik op dit moment de infraroodcamera om het gebied met de hoogste temperatuur van de kabelstekker te achterhalen (Fig. 4) en plak het"thermisch koppel" patch bij deze hoge temperatuur voor temperatuurtest (Fig. 5). Detecteer de oppervlaktetemperatuur van het plastic omhulsel van de kabelstekker en beoordeel of de test geslaagd is: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Afbeelding 4: infraroodcamera om het hoogste temperatuurgebied te vinden

Figuur 5:"ThermalCouple" patch gehecht aan het heetste gebied.

4.2 thermische uitschakeling oververhittingsbeveiliging

De testomgeving voor oververhittingsbeveiliging is hetzelfde als hierboven. Bovendien is de verwarmingspatch gecoat op de plastic schaal van de kabelstekker (Fig. 6). Begin met het verwarmen van de verwarmingspleister op kamertemperatuur. Wanneer de temperatuur 85 ℃ C bereikt, worden de testresultaten bepaald: actieve kabel moet USB 3.2/usb4-gegevensoverdracht stoppen.

Afbeelding 6: flexibele verwarmingspatch voor verwarming

Opmerking: neem voor actieve thermische testapparatuur voor kabels en aanverwante accessoires contact op met OD Liao@luxshare -ict.com

Elektrische test

Voor LRD-kabel wordt passieve kabel nog steeds gebruikt in USB 2.0-, SBU- en CC-kabelconfiguratie. De testmethode en specificatie zijn dezelfde als die van passieve kabel. Het high-speed signaalpaar TX1 / rx1 / TX2 / rx2 is uitgerust met actieve re-driver componenten. De testspecificaties zijn in overeenstemming met LRD actieve kabel CTS versie 0.8. De testitems zijn hoofdzakelijk onderverdeeld in de volgende drie items:

Frequentiedomeintest

Tijdsdomein – kabel stand-alone kabeltest

Tijdsdomein – kabeluitgang oogtest

5.1 frequentiedomeintest

Geïntegreerd retourverlies (IRL)

Geïntegreerde multi-reflectie (IMR)

Kanaalbewerkingsmarge (COM)

Afbeelding 7: aansluitschema van S-parameters vastgelegd door VNA van vectornetwerkanalysator

Voor testitems in het frequentiedomein is de testmethode dezelfde als die van passieve kabels. De S-parameters worden opgehaald door vectornetwerkanalysator VNA. Er zijn 8 s4p-bestanden (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, bidirectioneel) voor snelle differentiële paren en via get_iPar_V0p91a-software voor analyse.

5.2 tijdsdomein – kabel stand-alone test

Kabel ilfit masker (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): insteekverlies

OUTPUT_ Ruis (𝝈): standaarddeviatie van uitgangsruis (exclusief niet-lineaire ruis)

SIGMA_E (𝝈): standaarddeviatie van niet-lineaire outputruis

Kabel CM_ Ruis: AC gemeenschappelijke modus

De kabellichaamtest (exclusief systeem-ISI en jitter) test voornamelijk het invoegverlies, uitgangsruis, niet-lineaire ruis en AC-gemeenschappelijke modus van de kabel zelf. De testverbinding is weergegeven in de onderstaande afbeelding. Onder de TP2-uitvoer (zoals weergegeven in Tabel 4) patroon, swing, geen jitter, geen SSC, geen TX EQ-instellingen, zoals"patroon: prbs15, swing 800mv, SSC uit, jitter uit, preset 0 [GG ] quot;, de signaalgenerator sluit eerst de passieve kabel in het slechtste geval aan om te testen, de oscilloscoop vangt de golfvorm op *. Bin, schakelt vervolgens over naar de LRD-kabel voor test en voert de volgende parameteranalyse uit via de software. Vergelijk vervolgens de LRD-kabel. Het testresultaat moet gelijk zijn aan of beter zijn dan de passieve kabel. De test omvat drie snelheden: USB4 Gen2 / gen3 en USB 3.2 Gen2.

Opmerking:"worst case passieve kabel" verwijst naar de passieve kabel met het maximale invoegverlies binnen de kabelspecificatie, zoals 1 m USB 3.2 Gen2 passieve kabel, 2 m USB4 Gen2 passieve kabel en 0,8 m USB4 gen3 passieve kabel.

Afb. 8: aansluitschema voor het testen van de kabelbehuizing

5.3 tijdsdomein - kabeluitgang oogdiagramtest

(Kabeluitgang Oogtest)

5.3.1. USB4 Gen2 / gen3-test:

De aansluiting van de kabeluitgangsoogdiagramtest (inclusief systeem-ISI en jitter) wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding. De testomgeving is dezelfde als de testomgeving voor authenticatie van de USB4-host / apparaat RX-ontvanger. De USB4 RX-testomgeving moet eerst worden gecorrigeerd. U kunt de Anritsu mp1900-patroongenerator rechtstreeks bedienen via de grl-usb4-rx-test-app, zoals weergegeven in afbeelding 9, Kalibreer de USB4 RX-testomgeving met keyight of Tektronix-oscilloscoop.

Sluit na kalibratie de"worst case passieve kabel" eerst tijdens de test. De testconditie-instelling omvat het uitvoeren van prbs31 in patroon Gen en het instellen van USB4-preset (16 groepen in totaal). Nadat het signaal door de kabel is gegaan, legt u vijf golfvormen vast in de oscilloscoop en moeten 80 golfvormen in elke groep met hoge snelheid worden vastgelegd; Verwijder vervolgens onder dezelfde testomstandigheden de passieve kabel, vervang de LRD-kabel en leg de golfvorm vast op de oscilloscoop; Vervolgens werden het oogdiagram, de oogbreedte en het ooggebied getest en geanalyseerd met USB4 sigtest-software.

Afbeelding 10: USB4 gen3 / Gen2 kabeluitgang oogdiagram testverbinding

USB4-bepaling van Gen2 / gen3-testresultaten (gemiddeld 5 opnames):

LRD kabel beste oogcontour ≥ passieve kabel beste oogcontour

En de oogbreedte van LRD-kabel ≥ 0.9 * passieve kabel

1.3.2. USB Gen2-test:

De testomgeving is dezelfde als de usb3.2 RX ontvanger authenticatie testomgeving. De USB 3.2 RX-testomgeving moet eerst worden gecorrigeerd (zoals weergegeven in afbeelding 11). De Anritsu mp1900-patroongenerator kan automatisch rechtstreeks worden bestuurd via de grl-usb3-rxtest-app en gekalibreerd met keyight of Tektronix-oscilloscoop

Na kalibratie selecteert u onder de USB 3.2 Gen2 RX-testomstandigheden Rx om de PJ @ 100MHz-omgeving te kalibreren. Nadat de oscilloscoop door het armatuur en de LRD-kabel is gegaan, legt hij de golfvorm vijf keer vast en analyseert deze met usb3sigtest-software en 7 CTLE-sjablonen. (usb3 sigtest heeft aanvankelijk slechts één ctle_5db-sjabloon en het is noodzakelijk om ctle_0db ~ ctle_6 DB-sjabloon handmatig in te stellen en aan te vullen)

Beoordeling van USB 3.2 Gen2-testresultaten (gemiddelde waarde van 5 opnames):

LRD kabel beste oogcontour ≥ passieve kabel beste oogcontour

En de oogbreedte van LRD-kabel ≥ 0.9 * passieve kabel

samenvatting

USB type-C wordt veel gebruikt in computers en aanverwante randapparatuur, maar ook in passieve kabels en actieve kabels. Sommige ondersteunen alleen USB 2.0 en opladen, en sommige ondersteunen USB 3.2 en USB4; Het zijn allemaal USB type-C-connectoren, die verschillende mogelijkheden en snelheden ondersteunen, wat gebruikers gemakkelijk in verwarring brengt. USB-associatie richt zich ook op gebruikerservaring en zet in op een type-C-kabel, die aan alle toepassingen kan voldoen. In het actieve kabelgedeelte moet de specificatie tweerichtingstransmissie, positieve en negatieve plug-in, tweekanaals (x2), enz. ondersteunen. Als we de actieve USB4 LRD-kabel als voorbeeld nemen, kan deze USB4, USB 3.2, USB 2.0 ondersteunen , Thunderbolt 3, PD-opladen, enz. om met één lijn te voldoen aan de USB type-C-toepassing.

Het grootste verschil tussen USB type-C actieve kabel en passieve kabel is of er actieve componenten zijn, wat ook leidt tot verschillende methoden voor het testen van high-speed differentiële signalen. De actieve kabeltest neemt de bestaande hoogfrequente testmethode van USB4-host en -apparaat over en gebruikt een hoogfrequente signaalgenerator en hoogfrequente oscilloscoop voor het testen. De testomgeving en -methoden zijn relatief complex, GRL biedt geautomatiseerde testoplossingen voor USB4-testen, wat de testcomplexiteit kan verminderen. GRL heeft een rijke ervaring in het aanpassen van EQ, gain en andere parameters en het assisteren van klanten bij het debuggen. GRL kan ook USB4-host en -apparaat, USB4-passieve kabel, USB4-actieve kabel en andere test- en certificeringsdiensten leveren.

Verwijzing

USB Type-C kabel en connectorspecificatie, release 2.1, mei 2021

USB Type-C-connectoren en kabelassemblages CTS, revisie 2.1b, juni 2021

USB4™ Thunderbolt3™ Compatibiliteitsvereisten Spec, versie 1.0, januari 2021.

USB4™ Thunderbolt3™-compatibiliteit CTS, revisie 1.0, januari 2021.

USB Power Delivery CTS, revisie: 1.2, versie 2, 20 juni 2021

USB Type-C functionele testspecificatie, hoofdstuk 4 en 5, 23 mei 2021, Rev 0.88