雖然已經(jīng)有早期的USB3.0產(chǎn)品上市，但向超速(SuperSpeed)USB的大規(guī)模轉(zhuǎn)換還沒有開始。部分問題是USB 2.0已經(jīng)十分普及，生產(chǎn)成本非常低。高帶寬設(shè)備(如視頻攝像機和存儲設(shè)備)成為了SuperSpeed USB的第一批應(yīng)用對象。然而，至少目前為止，成本因素將USB 3.0實現(xiàn)仍限制用于較高端的產(chǎn)品。

除了廣泛部署任何 新的行業(yè)標準所面臨的固有挑戰(zhàn)外，USB 3.0不僅僅是USB 2.0的常規(guī)升級，因為USB 3.0可以提供10倍的性能提升。雖然性能提高了，但消費者對低成本互連的期望一直沒有改變。這就給工程師帶來了巨大的壓力，他們只能使用速度低得多的通道，同時仍要在各種條件下確?？煽啃?、互操作性和高性能。確保物理層(PHY)一致性的測試和認證從未有現(xiàn)在這么關(guān)鍵或重要。

USB 3.0共享許多其它高速串行技術(shù)(如PCI Express和串行ATA)的特性：8b/10b編碼、顯著的通道衰減以及擴展頻譜時鐘。本文將討論一致性測試方法，以及如何對發(fā)送端、接收端、電纜及互連實施最精確、可重復(fù)的測量。掌握這些技巧后，到SuperSpeed平臺集成實驗室(PIL)的旅程也許會更精彩。

高速Vs.超速

USB 3.0可以滿足帶寬日益增加的需求，能夠支持應(yīng)用提供更加實時的體驗。目前在用的USB設(shè)備數(shù)量估計超過10億，因此USB 3.0需要具有后向兼容功能，以支持傳統(tǒng)的USB 2.0設(shè)備。當然，USB 2.0和3.0之間還有多個重要的PHY區(qū)別(表1)。

為了應(yīng)對與更高速度接口有關(guān)的新挑戰(zhàn)，SuperSpeed USB一致性測試已經(jīng)作出了很大的修改。USB 2.0接收端的驗證包括接收端靈敏度測試。USB 2.0設(shè)備必須響應(yīng)150mV或150mV以上的測試包，同時忽略(抑制)低于100mV的信號。

另一方面，SuperSpeed USB接收端必須在有許多信號損傷的條件下還能正常工作，因此測試要求比USB 2.0更加嚴格。設(shè)計師還必須考慮傳輸線效應(yīng)，并且使用包括在發(fā)送端進行去加重、在接收端進行連續(xù)時間線性均衡(CTLE)在內(nèi)的均衡技術(shù)。如今還要求在接收側(cè)進行抖動容限測試，但使用擴頻時鐘(SSC)和異步參考時鐘可能導(dǎo)致互操作性問題。

評估USB 3.0串行數(shù)據(jù)鏈路的另外一個重要部分是測量波形和互連通道行為之間的復(fù)雜交互。以下假設(shè)已經(jīng)不再成立：因為發(fā)送端輸出信號符合眼圖模板，所以在所有通道達到給定損耗條件下設(shè)計都能正常工作。為了理解在給定最差通道條件下發(fā)送端的余量，除了一致性要求外，你還需要建模通道和電纜的組合，并使用通道建模軟件分析通道效應(yīng)(圖1)。

發(fā)送端的一致性測試

發(fā)送端測試需要使用各種測試圖案(表2)。每種圖案的選擇依據(jù)是與評估圖案的測試有關(guān)的特征。CP0是一個D0.0擾碼序列，用于測量確定性抖動(Dj)，比如數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)抖動(DDJ)。而CP1是一種無擾碼的D10.2全速時鐘圖案，不產(chǎn)生DDJ，因此更加適合用于評估隨機抖動(RJ)。

抖動和眼圖高度是在應(yīng)用均衡器函數(shù)和合適的時鐘恢復(fù)設(shè)置(二階鎖相環(huán)或PLL，閉環(huán)帶寬是10MHz，阻尼系數(shù)為0.707)之后用100萬個連續(xù)單位間隔測量的。抖動結(jié)果的計算方法是以1 x 10-12的誤碼率(BER)從測量數(shù)據(jù)總量中提取抖動性能。例如，利用抖動外推法，目標RJ等于測量得到的RJ(rms)乘以14.069。

圖2顯示了標準化的發(fā)送端一致性測試裝置，其中包括參考測試通道和電纜。測試點2(TP2)最靠近被測設(shè)備(DUT)，而測試點1(TP1)是遠端測量點。所有發(fā)送端的常規(guī)化測量都是在TP點的信號上進行的。

在TP1點采集到信號后，可以使用一款稱為SigTest的軟件工具進行數(shù)據(jù)處理，類似于正式的PCI Express一致性測試。對于要求預(yù)先一致性測試、表征或調(diào)試的應(yīng)用，還可以用其它工具深入觀察不同條件或參數(shù)下的設(shè)計行為。帶USB 3.0特定軟件的高速示波器可以提供自動的標準化和信息化PHY發(fā)送端測試。這些工具可以確保測試設(shè)備得到了正確配置，從而有效節(jié)省時間。

在測試完成后，一份詳細的通過/失敗測試報告將突出顯示可能存在設(shè)計問題的地方。如果在不同測試位置(例如公司實驗室，測試室)之間出現(xiàn)矛盾，應(yīng)該使用前次測試運行時保存的數(shù)據(jù)再次執(zhí)行測試。

在要求進一步分析的場合，可以用抖動分析和眼圖分析軟件進行查錯和設(shè)計表征。例如，一次可以顯示多個眼圖，允許工程師分析不同的時鐘恢復(fù)技術(shù)或分析軟件通道模型的效果。另外，可以使用不同的濾波器分析SSC效應(yīng)，最終解決系統(tǒng)互操作性問題。

均衡考慮事項

由于有較大的通道衰減，SuperSpeed USB要求采用某種形式的補償機制來打開接收端的眼圖。發(fā)送端一般采用去加重形式的均衡技術(shù)。歸一化的去加重比率在線性刻度下規(guī)定為3.5dB或1.5x。舉例來說，當跳變沿比特電平為150mVp-p時，非跳變沿比特電平將為100mVp-p。

CTLE一致性均衡實現(xiàn)包括裸片上的有源接收端均衡或無源高頻濾波器(比如電纜均衡器中使用的濾波器)。這種模型非常適合用于一致性測試，因為在描述轉(zhuǎn)移函數(shù)時非常簡單。CTLE實現(xiàn)在頻域有一組極點和零點，因此在目標頻率處會出現(xiàn)峰值。

CTLE實現(xiàn)對設(shè)計而言更加簡單，并且比替代性技術(shù)消耗更低的功率。然而，在某些情況下，由于適配性、精度和噪聲放大等方面的限制，它們可能還不夠。其它技術(shù)包括前饋均衡(FFE)和判定反饋均衡(DFE)，這些技術(shù)使用經(jīng)比例因子加權(quán)的數(shù)據(jù)樣本來補償通道損耗。

CTLE和FFE都是線性均衡器，因此都會由于高頻噪聲的提升而出現(xiàn)信噪比的劣化。然而，DFE在反饋環(huán)路中使用非線性元件，因而能最大限度地減少噪聲放大，補償碼間干擾(ISI)。圖3所示例子顯示了經(jīng)過顯著通道衰減后的5Gbit/s信號以及使用去加重、CTLE和DFE技術(shù)均衡過的信號。