Test e certificazione del cavo attivo USB4 LRD

La specifica del cavo attivo USB4 segue il connettore USB di tipo C e le specifiche del cavo. attualmente, l'ultima versione è la Rev. 2.1. Viene aggiunta la definizione di cavo EPR (range di potenza esteso) e l'ECN (avviso di modifica del tecnico) del precedente cavo attivo è integrato in questa versione. Lascia che's dia un'occhiata al cavo attivo USB di tipo C.

Cavo attivo corto USB 3.2

Cavo attivo corto USB4

Cavo attivo USB 3.2 otticamente isolato (OIAC)

Tra questi, OIAC è un cavo in fibra ottica con una lunghezza di 50 metri. Al momento, è definito che può supportare al massimo la velocità USB 3.2 Gen2 (ma non supporta l'alimentazione USB 2.0 e VBUS), che viene utilizzata principalmente per applicazioni industriali, di visione artificiale, sensori remoti, video professionali e applicazioni mediche. Tuttavia, le specifiche elettriche del cavo attivo ottico lineare USB4 non sono state definite; successivamente, introdurremo la parte del cavo attivo corto.

Cavo attivo corto Cavo attivo

Entro 5 metri di lunghezza

Sono richiesti eMarker di tipo C e USB PD 3.0 con funzionalità complete

È necessario per supportare l'inserimento bidirezionale e positivo e negativo

In base alla capacità di supporto, può essere suddiviso in cavi attivi USB 3.2 e USB4

Cavo attivo USB 3.2:

-Deve essere supportato USB 3.2 Gen 2x2 (10GHz dual channel)

* non sono ammessi cavi attivi che supportano solo un canale (x1)

-Supporto opzionale modalità Alt

Cavo attivo USB4:

-Tutte le velocità USB 3.2 e USB4 (doppio canale) devono essere supportate

-La modalità alt Tbt3 deve essere supportata

I requisiti dei cavi di VBUS, vconn, CC e USB 2.0 sono coerenti con i requisiti dei cavi passivi

Il cavo attivo deve essere alimentato da vconn

Il cavo attivo contiene componenti ripetitori, come retimer o redriver, principalmente per segnali ad alta velocità TX1, TX2, rx1 e rx2. Lo sviluppo del re timer è complesso e costoso. Il cavo re driver lineare (LRD) dominato dal re driver ha le caratteristiche di bassa complessità, basso consumo energetico e basso costo. Sebbene sia stato aggiunto solo in seguito all'ecosistema USB e incluso nella specifica USB di tipo C, il cavo LRD è stato introdotto per la prima volta sul mercato. Ad esempio, il cavo Thunderbolt 4 da due metri da 40 Gbps è il cavo LRD che supporta USB4.

I componenti principali del cavo LRD includono l'equalizzatore RX e il driver di uscita, che sono rispettivamente responsabili della compensazione della perdita del cavo, della regolazione del guadagno CC e della regolazione della dimensione della preenfasi e del segnale di uscita, come mostrato nella figura seguente.

Poiché il cavo LRD non dispone di CDR (clock data recovery), il jitter e il rumore ricevuti all'ingresso del cavo verranno trasferiti all'uscita del cavo; Allo stesso tempo, RX EQ può anche amplificare il rumore ad alta frequenza; A causa dell'aggiunta di componenti attivi, l'impedenza della pad card sarà discontinua; Oltre ai cavi lunghi, è facile causare un disallineamento della lunghezza e una grande inclinazione pn nel processo di produzione, con conseguente modalità comune CA che supera le specifiche. Sulla base dei punti di cui sopra, nella progettazione devono essere considerati:

Rumore ad alta frequenza causato dai cavi

Se l'equalizzatore all'interno del cavo è correttamente bilanciato e se il segnale è insufficiente o troppo bilanciato?

Adattamento dell'impedenza di componenti aggiuntivi all'interno del cavo attivo

Pn inclinazione della coppia ad alta velocità del cavo

Supporto funzione cavo LRD e annuncio eMarker

È indicato nella tabella 6-3 del connettore USB di tipo C& cable Rev 2.1 (come mostrato nella Tabella 2), il cavo passivo USB4 e il cavo attivo USB4 (eccetto OIAC) devono supportare USB4, usb3, USB2 e tbt3.

In particolare, il cavo USB4 LRD è un cavo attivo, ma nell'impostazione VDO dell'intestazione ID di eMarker, B29... B27 deve essere dichiarato come cavo passivo (011b) e dichiarato utilizzando il cavo passivo VDO. Poiché il cavo LRD è stato incorporato nelle specifiche USB in una fase successiva, è principalmente compatibile con i prodotti tbt3 sul mercato. Deve essere dichiarato passivo. Sebbene il tipo di prodotto sia dichiarato passivo, il rilevamento tbt3 continuerà nel processo di comunicazione di USB4 discover_SVID (0x8087), quindi giudicherà se è"USB4 con cavo attivo tbt3 gen3".

Usb-if rilascia il nuovo logo e icona USB4

Usb-if ha tenuto il seminario USB devdays 2021 a Seattle (dal 30 settembre al 1 ottobre) e ha rilasciato il nuovo logo e l'icona della potenza nominale del cavo USB di tipo C in combinazione con le specifiche EPR (range di potenza estesa), come mostrato in la tabella seguente, in modo che gli utenti possano identificare rapidamente la velocità e la potenza supportate dai prodotti USB. Il cavo che originariamente supportava 100W (20V / 5A) non viene più utilizzato; Il cavo che supporta 5 A deve supportare EPR 240 W (48 V / 5 A).

Tabella 3: nuovo logo e icona del cavo USB di tipo C certificato (fonte: usbdevdays 2021)

Il cavo attivo del cavo LRD aggiunge un driver del componente attivo per aumentare la lunghezza del supporto del cavo. Nell'uso pratico e nei test di certificazione, il concetto è che le prestazioni del cavo LRD dovrebbero essere coerenti o addirittura migliori di quelle del cavo passivo. Cioè, nella stessa impostazione dell'ambiente di test, lrdcable deve essere uguale o migliore del cavo passivo rispetto al cavo passivo.

Gli elementi del test di certificazione LRD includono:

Test funzionale USB-c

Test dell'e-marker USB PD

Alimentazione via cavo attiva: caduta IR e consumo energetico

Protezione termica da surriscaldamento

Prova caratteristica elettrica LRD

Test di compatibilità del cavo LRD (ancora in discussione)

Il test elettrico dettagliato del cavo LRD è il seguente:

1. Test funzionale USB-c

Secondo la specifica del test della funzione usb-c, il test del cavo è il seguente:

TD 4.1.3 Test del cavo non alimentato

Cavo TD 4.13.5 EnterUSB e test di ripristino dati

TD 4.14.x

TD 4.14.1 Test di sostituzione del cavo Vconn

TD 4.14.2 Test di ripristino del cavo

TD 4.14.3 Test in modalità alternata del cavo

TD 4.14.4 Cavo USB 3.2 Test

TD 4.14.5 Cavo USB4 Test

2. USB PD: test dell'e-marker

Secondo USB PD CTS, testare i seguenti tre elementi relativi al cavo:

Procedure e controlli comuni

Test specifici del livello fisico

Test specifici del protocollo

Il cavo LRD deve supportare tbt3 e confermare se l'annuncio tbt3 e la risposta SOP sono corretti

Cable SOP' Discover Identity response

[Intestazione ID VDO] B26 (funzionamento del modello) impostato su 1b (modalità alternativa)

[Intestazione ID VDO] B29..27 (tipo di prodotto) impostato su 11b (cavo passivo)

[Cavo VDO] B2..0 (velocità massima USB) impostato su 010b (USB3.2/USB4 Gen2)

Cable SOP' TBT Discover Mode Risposta VDO

B20..19 (arrotondato/arrotondato& nessuno) impostato su 01b (entrambi)

B21 (Ottico/nessuno) impostato a 0 (nessuno)

B22 (Re-timer/Re-driver) impostato su 0b (Re-driver)

B23 (Uni/Bidirezionale) impostato su 1b (Uni)

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

3. Requisiti di alimentazione del cavo attivo

3.1. Le specifiche di caduta IR dei cavi VBUS e di terra sono le stesse di quelle dei cavi passivi

Caduta IR VBUS：≤500 mV

Caduta IR a terra：≤250 mV

3.2. L'alimentazione del cavo attivo avviene principalmente tramite vconn e il consumo energetico massimo è limitato

Potenza consumata da vconn ≤ 1,5 W

4. Prova termica

Per motivi di sicurezza, il rilevamento della temperatura deve essere impostato all'interno del cavo attivo. Quando la temperatura della superficie del guscio di plastica del cavo attivo raggiunge gli 80 ℃ ˚ C o la temperatura della superficie del metallo raggiunge i 55 ˚ C. Il trasferimento dati USB 3.2/usb4 deve essere interrotto.

Inoltre, la temperatura superficiale della spina del cavo attiva e la temperatura massima di esercizio della superficie del guscio non devono superare la temperatura ambiente di 30 ℃ ˚ C. Oppure la temperatura della superficie del guscio metallico di 15 ˚ C。

La temperatura superficiale (TS) del guscio di plastica del cavo attivo include principalmente la temperatura di lavoro (TMB) dell'host collegato e della scheda madre del dispositivo, i componenti attivi nel cavo e la temperatura ambiente corrente (TA). Il test di certificazione vero e proprio si divide principalmente in due parti: temperatura superficiale (TS) e arresto termico. L'ambiente di test è mostrato nella figura seguente:

4.1 Temperatura superficiale (Ts)

temperatura superficiale

Come mostrato nella Figura 3, testare la connessione, simulare la scheda madre host/dispositivo attraverso la scheda del riscaldatore del dispositivo di prova termica a temperatura ambiente e lasciare che la temperatura TMB salga a (TA + 25) ˚ C) Quindi collegare il cavo attivo e impostare il pieno carico dall'host al dispositivo (inclusa la trasmissione dati ad alta velocità simultanea e il carico PD 100W). A questo punto, utilizzare la termocamera per rilevare la zona di temperatura più alta della spina del cavo (Fig. 4) e incollare la"coppia termica" patch a questa temperatura elevata per il test della temperatura (Fig. 5). Rilevare la temperatura superficiale del guscio di plastica della spina del cavo e giudicare se il test ha superato: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Figura 4: telecamera a infrarossi per trovare l'area con la temperatura più alta

Figura 5:"Coppia Termica" patch ha aderito alla zona più calda.

4.2 protezione contro il surriscaldamento dell'arresto termico

L'ambiente di prova per la protezione dal surriscaldamento è lo stesso di cui sopra. Inoltre, la toppa riscaldante è rivestita sul guscio di plastica della spina del cavo (Fig. 6). Inizia a riscaldare il cerotto a temperatura ambiente. Quando la temperatura raggiunge 85 ℃ ˚ C, vengono determinati i risultati del test: il cavo attivo deve interrompere la trasmissione dei dati USB 3.2/usb4.

Figura 6: patch di riscaldamento del riscaldatore flessibile

Nota: per le apparecchiature di test termico dei cavi attivi e relativi accessori, contattare OD Liao@luxshare -ict.com

Prova elettrica

Per il cavo LRD, il cavo passivo viene ancora utilizzato nella configurazione del cavo USB 2.0, SBU e CC. Il metodo di prova e le specifiche sono le stesse del cavo passivo. La coppia di segnali ad alta velocità TX1 / rx1 / TX2 / rx2 è dotata di componenti attivi re driver. Le specifiche di prova sono conformi al cavo attivo LRD CTS versione 0.8. Gli item del test si suddividono principalmente nei seguenti tre item:

Test del dominio della frequenza

Dominio del tempo – test del cavo stand alone

Dominio del tempo: test dell'occhio in uscita dal cavo

Test del dominio della frequenza 5.1

Return-Loss integrato (IRL)

Multiriflesso integrato (IMR)

Margine operativo del canale (COM)

Figura 7: schema di collegamento dei parametri S acquisiti dal VNA dell'analizzatore di rete vettoriale

Per gli elementi di prova nel dominio della frequenza, il metodo di prova è lo stesso dei cavi passivi. I parametri S vengono recuperati dall'analizzatore di rete vettoriale VNA. Sono disponibili 8 file s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, bidirezionale) per le coppie differenziali ad alta velocità e tramite il software get_ iPar_ V0p91a per l'analisi.

5.2 dominio del tempo – test stand alone del cavo

Maschera cavo ilfit (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): perdita di inserzione

OUTPUT_ Noise (𝝈): deviazione standard del rumore in uscita (escluso il rumore non lineare)

SIGMA_ E (𝝈): deviazione standard del rumore non lineare in uscita

Cavo CM_ Rumore: modo comune CA

Il test del corpo del cavo (esclusi ISI di sistema e jitter) verifica principalmente la perdita di inserzione, il rumore di uscita, il rumore non lineare e il modo comune CA del cavo stesso. La connessione di prova è mostrata nella figura sottostante. Sotto l'uscita TP2 (come mostrato nella tabella 4), le impostazioni di swing, no jitter, no SSC, no TX EQ, come"pattern: prbs15, swing 800mv, SSC off, jitter off, preset 0 [GG ] quot;, il generatore di segnale collega prima il cavo passivo del caso peggiore per il test, l'oscilloscopio cattura la forma d'onda *. Bin, quindi passa al cavo LRD per il test ed esegue la seguente analisi dei parametri tramite il software, quindi confronta il cavo LRD. Il risultato del test deve essere uguale o migliore del cavo passivo. Il test deve coprire tre velocità: USB4 Gen2 / gen3 e USB 3.2 Gen2.

Nota:"cavo passivo peggiore" si riferisce al cavo passivo con la massima perdita di inserzione entro le specifiche del cavo, ad esempio cavo passivo USB 3.2 Gen2 da 1 m, cavo passivo USB4 Gen2 da 2 m e cavo passivo USB4 gen3 da 0,8 m.

Fig. 8: schema di collegamento per il test del corpo del cavo

5.3 dominio del tempo - test del diagramma ad occhio di uscita del cavo

(Uscita cavo Eye Test）

5.3.1. Test USB4 Gen2 / gen3:

Il collegamento del test del diagramma ad occhio di uscita del cavo (inclusi ISI di sistema e jitter) è mostrato nella figura seguente. L'ambiente di test è lo stesso dell'ambiente di test di autenticazione del ricevitore RX host/dispositivo USB4. L'ambiente di test USB4 RX deve essere prima corretto. È possibile controllare direttamente il generatore di pattern Anritsu mp1900 tramite l'app di test grl-usb4-rx, come mostrato in Figura 9, Calibrare l'ambiente di test USB4 RX con keysight o oscilloscopio Tektronix.

Dopo la calibrazione, collegare il"cavo passivo nel caso peggiore" prima durante la prova. L'impostazione della condizione di test include l'emissione di prbs31 nel pattern Gen e l'impostazione del preset USB4 (16 gruppi in totale). Dopo che il segnale è passato attraverso il cavo, acquisire cinque forme d'onda nell'oscilloscopio e 80 forme d'onda devono essere catturate in ciascun gruppo ad alta velocità; Quindi, nelle stesse condizioni di test, rimuovere il cavo passivo, sostituire il cavo LRD e acquisire la forma d'onda sull'oscilloscopio; Quindi il diagramma dell'occhio, la larghezza dell'occhio e l'area dell'occhio sono stati testati e analizzati con il software sigtest USB4.

Figura 10: collegamento di test del diagramma ad occhio di uscita del cavo USB4 gen3 / Gen2

Determinazione USB4 dei risultati dei test Gen2 / gen3 (media di 5 acquisizioni):

Cavo LRD migliore zona degli occhi ≥ cavo passivo migliore zona degli occhi

E la larghezza dell'occhio del cavo LRD ≥ 0,9 * cavo passivo

1.3.2. Test USB Gen2:

L'ambiente di test è lo stesso dell'ambiente di test di autenticazione del ricevitore usb3.2 RX. L'ambiente di test USB 3.2 RX deve essere prima corretto (come mostrato nella Figura 11). Il generatore di pattern Anritsu mp1900 può essere controllato automaticamente direttamente tramite l'app grl-usb3-rxtest e calibrato con keysight o oscilloscopio Tektronix

Dopo la calibrazione, nelle condizioni di test USB 3.2 Gen2 RX, selezionare Rx per calibrare l'ambiente PJ @ 100MHz. Dopo aver attraversato l'apparecchiatura e il cavo LRD, l'oscilloscopio acquisisce la forma d'onda cinque volte, quindi la analizza con il software usb3sigtest e 7 modelli CTLE. (usb3 sigtest ha inizialmente solo un modello ctle_5db ed è necessario impostare e integrare manualmente il modello ctle_0db ~ ctle_6 DB)

Giudizio dei risultati del test USB 3.2 Gen2, (valore medio di 5 acquisizioni):

Cavo LRD migliore zona degli occhi ≥ cavo passivo migliore zona degli occhi

E la larghezza dell'occhio del cavo LRD ≥ 0,9 * cavo passivo

riepilogo

L'USB di tipo C è ampiamente utilizzato nei computer e nei relativi dispositivi periferici, nonché nei cavi passivi e attivi. Alcuni supportano solo USB 2.0 e la ricarica, altri possono supportare USB 3.2 e USB4; Sono tutti connettori USB di tipo C, che supportano diverse capacità e velocità, il che è facile confondere gli utenti. L'associazione USB si concentra anche sull'esperienza dell'utente e si affida a un cavo di tipo C, in grado di soddisfare tutte le applicazioni. Nella parte del cavo attivo, la specifica deve supportare la trasmissione bidirezionale, il plug-in positivo e negativo, il doppio canale (x2), ecc. Prendendo come esempio il cavo attivo USB4 LRD, può supportare USB4, USB 3.2, USB 2.0 , Thunderbolt 3, ricarica PD, ecc. per soddisfare l'applicazione USB di tipo C con una linea.

La più grande differenza tra il cavo attivo USB di tipo C e il cavo passivo è se ci sono componenti attivi, il che porta anche a diversi metodi per testare i segnali differenziali ad alta velocità. Il test del cavo attivo adotta il metodo di test ad alta frequenza esistente dell'host e del dispositivo USB4 e utilizza il generatore di segnale ad alta frequenza e l'oscilloscopio ad alta frequenza per il test. L'ambiente e i metodi di test sono relativamente complessi, GRL fornisce soluzioni di test automatizzate per i test USB4, che possono ridurre la complessità dei test. GRL ha una ricca esperienza nella regolazione di EQ, guadagno e altri parametri e nell'assistenza ai clienti nel debug. GRL può anche fornire host e dispositivo USB4, cavo passivo USB4, cavo attivo USB4 e altri servizi di test e certificazione.

Riferimento

Specifiche del cavo e connettore USB di tipo C, versione 2.1, maggio 2021

Connettori USB di tipo C e cavi assemblati CTS, revisione 2.1b, giugno 2021

Specifiche dei requisiti di compatibilità USB4 ™ Thunderbolt3 ™, versione 1.0, gennaio 2021.

Compatibilità USB4 ™ Thunderbolt3 ™ CTS, revisione 1.0, gennaio 2021.

USB Power Delivery CTS, revisione: 1.2, Ver 2, 20 giugno 2021

Specifiche del test funzionale USB di tipo C, capitolo 4 e 5, 23 maggio 2021, rev 0.88