اختبار وشهادة كبل USB4 LRD النشط

تتبع مواصفات كبل USB4 النشط مواصفات الكبل وموصل USB من النوع C. في الوقت الحاضر ، أحدث إصدار هو Rev. 2.1. تمت إضافة تعريف كبل EPR (نطاق الطاقة الممتد) ، وتم دمج ECN (إشعار تغيير المهندس) للكابل النشط السابق في هذا الإصدار. دع&# 39 ؛ نلقي نظرة على كابل USB من النوع C النشط.

كابل USB 3.2 قصير نشط

كابل USB4 قصير نشط

USB 3.2 كبل نشط معزول بصريًا （OIAC）

من بينها ، OIAC عبارة عن كابل ألياف ضوئية بطول 50 مترًا. في الوقت الحالي ، من المعروف أنه يمكن أن يدعم سرعة USB 3.2 Gen2 على الأكثر (لكنه لا يدعم مصدر طاقة USB2.0 و VBUS) ، والذي يستخدم بشكل أساسي للنهاية الصناعية ، ورؤية الماكينة ، وأجهزة الاستشعار عن بعد ، والفيديو الاحترافي والتطبيقات الطبية. ومع ذلك ، لم يتم تحديد المواصفات الكهربائية للكابل النشط البصري الخطي USB4 ؛ بعد ذلك ، سوف نقدم جزء من الكابل النشط القصير.

كابل نشط قصير الكبل النشط

في حدود 5 أمتار

يلزم وجود ميزات كاملة من النوع C و USB PD 3.0 eMarker

مطلوب لدعم الإدراج ثنائي الاتجاه والإيجابي والسلبي

وفقًا لقدرة الدعم ، يمكن تقسيمها إلى كبلات USB 3.2 و USB4 نشطة

كابل USB 3.2 نشط:

-يجب دعم USB 3.2 Gen 2x2 (قناة مزدوجة 10 جيجاهرتز)

* الكابلات النشطة التي تدعم قناة واحدة فقط (x1) غير مسموح بها

-دعم اختياري للوضع البديل

كابل USB4 النشط:

- يجب دعم جميع سرعات USB 3.2 و USB4 (قناة مزدوجة)

-يجب دعم الوضع البديل لـTbt3

تتوافق متطلبات الأسلاك الخاصة بـ VBUS و vconn و CC و USB 2.0 مع متطلبات الكابلات السلبية

يحتاج الكابل النشط إلى أن يتم تشغيله بواسطة vconn

يحتوي الكبل النشط على مكونات مكرر ، مثل إعادة المؤقت أو إعادة التشغيل ، بشكل أساسي للإشارات عالية السرعة TX1 و TX2 و rx1 و rx2. يعد تطوير جهاز ضبط الوقت معقدًا ومكلفًا. يتميز كابل إعادة التشغيل الخطي (LRD) الذي يهيمن عليه السائق بخصائص منخفضة التعقيد واستهلاك منخفض للطاقة وتكلفة منخفضة. على الرغم من أنه تمت إضافته لاحقًا إلى نظام USB البيئي وإدراجه في مواصفات USB من النوع C ، فقد تم تقديم كابل LRD لأول مرة في السوق. على سبيل المثال ، كابل Thunderbolt 4 بسرعة 40 جيجابت في الثانية هو كبل LRD يدعم USB4.

تشمل المكونات الرئيسية لكابل LRD معادل RX ومحرك الإخراج ، وهما مسؤولان على التوالي عن تعويض فقد الكبل ، وضبط كسب التيار المستمر ، وضبط حجم التركيز المسبق للإشارة والإشارة ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

نظرًا لأن كبل LRD لا يحتوي على CDR (استعادة بيانات الساعة) ، فسيتم نقل الاهتزاز والضوضاء المستلمة عند إدخال الكبل إلى خرج الكابل ؛ في الوقت نفسه ، قد يضخم RX EQ أيضًا ضوضاء عالية التردد ؛ بسبب إضافة المكونات النشطة ، فإن مقاومة بطاقة الوسادة ستكون غير متصلة ؛ بالإضافة إلى الكابلات الطويلة ، من السهل التسبب في عدم تطابق الطول وانحراف pn كبير في عملية الإنتاج ، مما يؤدي إلى تجاوز الوضع المشترك للتيار المتردد المواصفات. بناءً على النقاط المذكورة أعلاه ، يجب مراعاة ما يلي في التصميم:

ضوضاء عالية التردد ناتجة عن الكابلات

ما إذا كان المعادل داخل الكبل متوازنًا بشكل صحيح ، وما إذا كانت الإشارة غير كافية أو متوازنة بشكل زائد؟

مطابقة المعاوقة للمكونات الإضافية داخل الكبل النشط

الانحراف Pn من زوج الكابل عالي السرعة

دعم وظيفة كابل LRD وإعلان eMarker

هو مذكور في الجدول 6-3 من موصل USB من النوع C&أمبير ؛ مواصفات كبل Rev 2.1 (كما هو موضح في الجدول 2) ، يجب أن يدعم كبل USB4 السلبي وكابل USB4 النشط (باستثناء OIAC) USB4 و USB3 و USB2 و tbt3.

على وجه الخصوص ، كبل USB4 LRD هو كبل نشط ، ولكن في إعداد VDO لرأس المعرف الخاص بـ eMarker ، يجب الإعلان عن B29 ... B27 ككابل منفعل (011b) والإعلان عنه باستخدام كبل سلبي VDO. نظرًا لأنه تم دمج كبل LRD في مواصفات USB في مرحلة لاحقة ، فمن المفترض أن يكون متوافقًا بشكل أساسي مع منتجات tbt3 في السوق. يجب إعلانه على أنه سلبي. على الرغم من الإعلان عن نوع المنتج على أنه سلبي ، سيستمر اكتشاف tbt3 في عملية اتصال USB4 Discover_ SVID (0x8087) ، ومن ثم الحكم على ما إذا كان&مثل ؛ USB4 مع الكبل النشط tbt3 gen3&مثل ؛.

USB-if يصدر شعار وأيقونة USB4 جديدين

Usb-if عقدت ندوة USB devdays 2021 في سياتل (30 سبتمبر إلى 1 أكتوبر) ، وأصدرت الشعار الجديد وأيقونة الطاقة المقدرة لكابل USB من النوع C جنبًا إلى جنب مع مواصفات EPR (نطاق الطاقة الممتد) ، كما هو موضح في الجدول أدناه ، بحيث يمكن للمستخدمين التعرف بسرعة على السرعة والطاقة التي تدعمها منتجات USB. لم يعد الكبل الذي يدعم في الأصل 100 وات (20 فولت / 5 أمبير) مستخدمًا ؛ يجب أن يدعم الكبل الذي يدعم 5A EPR 240W (48V / 5A).

الجدول 3: شعار وأيقونة كبل USB من النوع C المعتمد الجديد (المصدر: USBD اليوم 2021)

يضيف الكبل النشط LRD مكونًا نشطًا لإعادة تشغيل المكونات لجعل طول دعم الكبل أطول. في اختبار الاستخدام والاعتماد العملي ، يتمثل المفهوم في أن أداء كبل LRD يجب أن يكون متسقًا مع أداء الكبل المنفعل أو حتى أفضل منه. أي ، في ظل نفس إعداد بيئة الاختبار ، يجب أن يكون الكبل lrdcable مساويًا للكابل المنفعل أو أفضل منه عند مقارنته بالكابل المنفعل.

تتضمن عناصر اختبار شهادة LRD ما يلي:

اختبار وظيفي USB-C

اختبار العلامة الإلكترونية USB PD

طاقة الكابل النشطة: انخفاض الأشعة تحت الحمراء واستهلاك الطاقة

الحماية من الحرارة الزائدة

اختبار الخصائص الكهربائية LRD

اختبار توافق كبل LRD (لا يزال قيد المناقشة)

الاختبار الكهربائي المفصل لكابل LRD هو كما يلي:

1. اختبار وظيفي USB-C

وفقًا لمواصفات اختبار وظيفة USB-c ، يكون اختبار الكابل كما يلي:

TD 4.1.3 اختبار الكابل غير المزود بالطاقة

TD 4.13.5 كابل إدخال USB واختبار إعادة تعيين البيانات

TD 4.14.x

TD 4.14.1 اختبار مبادلة كابل Vconn

TD 4.14.2 اختبار إعادة تعيين الكابل

TD 4.14.3 اختبار الوضع البديل للكابل

TD 4.14.4 كبل USB 3.2 اختبار

TD 4.14.5 اختبار كابل USB4

2. USB PD: اختبار العلامة الإلكترونية

وفقًا لـ USB PD CTS ، اختبر العناصر الثلاثة التالية المتعلقة بالكابل:

الإجراءات والشيكات المشتركة

اختبارات الطبقة المادية المحددة

الاختبارات الخاصة بالبروتوكول

يحتاج كبل LRD إلى دعم tbt3 وتأكيد ما إذا كان إعلان tbt3 واستجابة SOP صحيحين

Cable SOP 'اكتشف استجابة الهوية

[ID Header VDO] B26 (تشغيل النموذج) مضبوط على 1b (الوضع البديل)

[ID Header VDO] B29..27 (نوع المنتج) مضبوط على 11b (كابل سلبي)

[كبل VDO] B2..0 (أعلى سرعة USB) مضبوط على 010b (USB3.2 / USB4 Gen2)

كبل SOP 'TBT Discover Mode استجابة VDO

B20..19 (مستدير / دائري&أمبير ؛ لا شيء) مضبوط على 01b (كلاهما)

تم ضبط B21 (بصري / لا شيء) على 0 (بلا)

تم ضبط B22 (إعادة المؤقت / إعادة التشغيل) على 0b (إعادة التشغيل)

تم ضبط B23 (أحادي / ثنائي الاتجاه) على 1b (Uni)

B25 (نشط / مستتر) إلى 1b (نشط)

3. متطلبات طاقة الكابلات النشطة

3.1. مواصفات إسقاط الأشعة تحت الحمراء الخاصة بـ VBUS والكابلات الأرضية هي نفس مواصفات الكابلات المنفعلة

VBUS IR Drop ： ≤500 مللي فولت

قطرة الأشعة تحت الحمراء الأرضية ： ≤ 250 mV

3.2 يتم تزويد الكبل النشط بالطاقة بشكل أساسي من خلال vconn ، ويكون الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة محدودًا

الطاقة التي يستهلكها vconn ≤ 1.5 واط

4. الاختبار الحراري

لأسباب تتعلق بالسلامة ، يجب ضبط استشعار درجة الحرارة داخل الكبل النشط. عندما تصل درجة حرارة سطح الغلاف البلاستيكي للكابل النشط إلى 80 درجة مئوية أو تصل درجة حرارة سطح المعدن إلى 55 درجة مئوية ، يجب إيقاف نقل البيانات عبر USB 3.2 / USB4.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة سطح قابس الكبل النشط ودرجة حرارة التشغيل القصوى لسطح الغلاف درجة الحرارة المحيطة بمقدار 30 درجة مئوية أو درجة حرارة سطح الغلاف المعدني 15 درجة مئوية

تشتمل درجة حرارة سطح الغلاف البلاستيكي للكابل النشط بشكل أساسي على درجة حرارة العمل (TMB) للمضيف المتصل واللوحة الأم للجهاز ، والمكونات النشطة في الكابل ، ودرجة الحرارة المحيطة الحالية (TA). ينقسم اختبار الشهادة الفعلي بشكل أساسي إلى قسمين: درجة حرارة السطح (TS) والإغلاق الحراري. تظهر بيئة الاختبار في الشكل أدناه:

4.1 درجة حرارة السطح (Ts)

الحرارة السطحية

كما هو موضح في الشكل 3 ، اختبر الاتصال ، وقم بمحاكاة اللوحة الأم للمضيف / الجهاز من خلال لوحة تسخين تركيبات الاختبار الحراري في درجة حرارة الغرفة ، واترك درجة حرارة TMB ترتفع إلى (TA + 25) C) ثم قم بتوصيل الكبل النشط واضبط تحميل كامل من المضيف إلى الجهاز (بما في ذلك نقل البيانات عالي السرعة المتزامن وتحميل PD 100W). في هذا الوقت ، استخدم كاميرا الأشعة تحت الحمراء لمعرفة أعلى منطقة درجة حرارة لقابس الكبل (الشكل 4) ، والصق&مثل ؛ زوج حراري&مثل ؛ التصحيح في درجة الحرارة المرتفعة هذه لاختبار درجة الحرارة (الشكل 5). اكتشف درجة حرارة سطح الغلاف البلاستيكي لسدادة الكابل ، وحدد ما إذا كان الاختبار قد اجتاز: TS< ؛ تا + 30 درجة مئوية

الشكل 4: كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء للعثور على أعلى منطقة درجة حرارة

الشكل 5:"؛ ThermalCouple"؛ التصحيح يلتصق في المنطقة الأكثر سخونة.

4.2 حماية الاغلاق الحراري المحموم

بيئة الاختبار للحماية من الحرارة الزائدة هي نفسها كما هو مذكور أعلاه. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تغطية رقعة التسخين على الغلاف البلاستيكي لسدادة الكبل (الشكل 6). ابدأ بتسخين رقعة التسخين في درجة حرارة الغرفة. عندما تصل درجة الحرارة إلى 85 درجة مئوية ، يتم تحديد نتائج الاختبار: يحتاج الكابل النشط إلى إيقاف نقل البيانات عبر USB 3.2 / USB4.

الشكل 6: رقعة تسخين سخان مرنة

ملاحظة: بالنسبة لمعدات الاختبار الحراري للكابلات النشطة والملحقات ذات الصلة ، يرجى الاتصال بـ OD Liao @ luxshare -ict.com

اختبار كهربائي

بالنسبة لكابل LRD ، لا يزال الكبل المنفعل مستخدمًا في تكوين كبل USB 2.0 و SBU و CC. طريقة الاختبار والمواصفات هي نفسها الخاصة بالكابل المنفعل. تم تجهيز زوج الإشارات عالي السرعة TX1 / rx1 / TX2 / rx2 بمكونات إعادة تشغيل نشطة. تتوافق مواصفات الاختبار مع الإصدار 0.8 من كبل LRD النشط CTS. تنقسم عناصر الاختبار بشكل أساسي إلى العناصر الثلاثة التالية:

اختبار مجال التردد

المجال الزمني - اختبار كابل مستقل

المجال الزمني - اختبار عين خرج الكابل

5.1 اختبار مجال التردد

عودة الخسارة المتكاملة (IRL)

انعكاس متعدد متكامل (IMR)

هامش تشغيل القناة (COM)

الشكل 7: مخطط اتصال لمعلمات S التي تم التقاطها بواسطة VNA لمحلل شبكة المتجه

بالنسبة لعناصر اختبار مجال التردد ، تكون طريقة الاختبار هي نفس طريقة الكابلات المنفعلة. يتم استرداد المعلمات S بواسطة محلل شبكة المتجه VNA. هناك 8 ملفات s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2 ، ثنائية الاتجاه) للأزواج التفاضلية عالية السرعة ، ومن خلال برنامج get_ iPar_ V0p91a للتحليل.

5.2 المجال الزمني - اختبار كابل مستقل

قناع ilfit للكبل (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): فقدان الإدخال

OUTPUT_ Noise (𝝈): الانحراف المعياري لضوضاء الخرج (باستثناء الضوضاء غير الخطية)

SIGMA_ E (𝝈): الانحراف المعياري للضوضاء غير الخطية الناتجة

كبل CM_ الضوضاء: الوضع الشائع للتيار المتردد

يختبر اختبار جسم الكبل (باستثناء نظام ISI والارتعاش) بشكل أساسي فقد الإدخال وضوضاء الخرج والضوضاء غير الخطية ووضع التيار المتردد المشترك للكابل نفسه. يظهر اتصال الاختبار في الشكل أدناه. تحت نمط إخراج TP2 (كما هو موضح في الجدول 4) ، تأرجح ، لا اهتزاز ، بدون SSC ، لا إعدادات TX EQ ، مثل&مثل ؛ النمط: prbs15 ، التأرجح 800mv ، إيقاف SSC ، إيقاف الاهتزاز ، الضبط المسبق 0 [GG ] مثل ؛ يقوم مولد الإشارة أولاً بتوصيل أسوأ حالة كبل سلبي للاختبار ، يلتقط راسم الذبذبات شكل الموجة *. Bin ، ثم يتغير إلى كبل LRD للاختبار ، ويقوم بإجراء تحليل المعلمات التالي من خلال البرنامج ، ثم قارن كبل LRD. يجب أن تكون نتيجة الاختبار مساوية للكابل المنفعل أو أفضل منه. يجب أن يغطي الاختبار ثلاث سرعات: USB4 Gen2 / gen3 و USB 3.2 Gen2.

ملحوظة:"؛ أسوأ حالة للكابل المنفعل&مثل؛ يشير إلى الكبل المنفعل مع الحد الأقصى لفقدان الإدخال ضمن مواصفات الكبل ، مثل كبل سلبي USB 3.2 Gen2 بطول 1 متر وكابل منفعل USB4 Gen2 بطول 2 متر وكابل سلبي بطول 0.8 متر USB4 gen3.

الشكل 8: مخطط التوصيل لاختبار جسم الكابل

5.3 المجال الزمني - اختبار مخطط العين لإخراج الكابل

(اختبار عين خرج الكابل）

5.3.1. اختبار USB4 Gen2 / gen3:

يوضح الشكل أدناه اتصال اختبار مخطط عين خرج الكابل (بما في ذلك ISI والنظام الاهتزازي). بيئة الاختبار هي نفس بيئة اختبار مصادقة جهاز استقبال RX / مضيف USB4. يجب تصحيح بيئة اختبار USB4 RX أولاً. يمكنك التحكم مباشرة في مولد نمط Anritsu mp1900 من خلال تطبيق اختبار grl-usb4-rx ، كما هو موضح في الشكل 9 ، قم بمعايرة بيئة اختبار USB4 RX باستخدام Keyight أو Tektronix oscilloscope.

بعد المعايرة ، قم بتوصيل&مثل ؛ أسوأ حالة الكبل السلبي&مثل ؛ أولاً أثناء الاختبار. يتضمن إعداد حالة الاختبار إخراج prbs31 في النمط Gen وضبط الإعداد المسبق لـ USB4 (إجمالي 16 مجموعة). بعد مرور الإشارة عبر الكبل ، التقط خمسة أشكال موجية في راسم الذبذبات ، ويلزم التقاط 80 شكل موجة في كل مجموعة بسرعة عالية ؛ ثم ، في ظل نفس ظروف الاختبار ، قم بإزالة الكبل السلبي ، واستبدل كبل LRD ، والتقط شكل الموجة على راسم الذبذبات ؛ ثم تم اختبار وتحليل مخطط العين وعرض العين ومنطقة العين باستخدام برنامج USB4 sigtest.

الشكل 10: توصيل اختبار رسم تخطيطي لكابل USB4 gen3 / Gen2

تحديد USB4 لنتائج اختبار Gen2 / gen3 (متوسط ​​5 لقطات):

كابل LRD أفضل منطقة للعين ، كابل سلبي أفضل منطقة للعين

وعرض العين لكابل LRD ≥ 0.9 * كابل سلبي

1.3.2. اختبار USB Gen2:

بيئة الاختبار هي نفس بيئة اختبار مصادقة مستقبل USB3.2 RX. يجب تصحيح بيئة اختبار USB 3.2 RX أولاً (كما هو موضح في الشكل 11). يمكن التحكم في مولد الأنماط Anritsu MP1900 تلقائيًا مباشرة من خلال تطبيق grl-usb3-rxtest ومعايرته باستخدام Keyight أو Tektronix oscilloscope

بعد المعايرة ، في ظل ظروف اختبار USB 3.2 Gen2 RX ، حدد Rx لمعايرة بيئة PJ @ 100MHz. بعد المرور عبر كبل التثبيت وكابل LRD ، يلتقط راسم الذبذبات الشكل الموجي خمس مرات ، ثم يحللها باستخدام برنامج usb3sigtest و 7 قوالب CTLE. (يحتوي usb3 sigtest على قالب ctle_5db واحد فقط في البداية ، ومن الضروري تعيين قالب ctle_0db ~ ctle_6 DB وتكميله يدويًا)

الحكم على نتائج اختبار USB 3.2 Gen2 ، (متوسط ​​قيمة 5 التقاطات):

كابل LRD أفضل منطقة للعين ، كابل سلبي أفضل منطقة للعين

وعرض العين لكابل LRD ≥ 0.9 * كابل سلبي

ملخص

يستخدم USB type-C على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الطرفية ذات الصلة ، وكذلك الكابلات المنفعلة والكابلات النشطة. يدعم البعض فقط USB 2.0 والشحن ، والبعض الآخر يدعم USB 3.2 و USB4 ؛ كلها موصلات USB من النوع C ، والتي تدعم قدرات وسرعات مختلفة ، مما يسهل إرباك المستخدمين. يركز اقتران USB أيضًا على تجربة المستخدم ويلتزم بكابل من النوع C يمكنه تلبية جميع التطبيقات. في جزء الكبل النشط ، يجب أن تدعم المواصفات الإرسال ثنائي الاتجاه ، والمكونات الإضافية الإيجابية والسلبية ، والقناة المزدوجة (x2) ، وما إلى ذلك. وبأخذ الكبل النشط USB4 LRD كمثال ، يمكن أن يدعم USB4 ، USB 3.2 ، USB 2.0 ، Thunderbolt 3 ، PD الشحن ، وما إلى ذلك لتلبية تطبيق USB من النوع C بسطر واحد.

يتمثل الاختلاف الأكبر بين كبل USB النشط من النوع C والكابل المنفعل في ما إذا كانت هناك مكونات نشطة ، مما يؤدي أيضًا إلى طرق مختلفة لاختبار الإشارات التفاضلية عالية السرعة. يعتمد اختبار الكبل النشط على طريقة الاختبار عالية التردد الحالية لمضيف وجهاز USB4 ، ويستخدم مولد إشارة عالي التردد وراسم الذبذبات عالي التردد للاختبار. تعد بيئة الاختبار وطرقه معقدة نسبيًا ، حيث توفر GRL حلول اختبار آلية لاختبار USB4 ، والتي يمكن أن تقلل من تعقيد الاختبار. تتمتع GRL بخبرة غنية في ضبط EQ والكسب والمعلمات الأخرى ومساعدة العملاء في تصحيح الأخطاء. يمكن أن توفر GRL أيضًا مضيف وجهاز USB4 ، وكابل USB4 سلبي ، وكابل USB4 نشط وخدمات اختبار واعتماد أخرى.

المرجعي

مواصفات كابل وموصل USB من النوع C ، الإصدار 2.1 ، مايو 2021

موصلات USB من النوع C وتجميعات الكابلات CTS ، مراجعة 2.1b ، يونيو 2021

مواصفات متطلبات التوافق مع USB4 ™ Thunderbolt3 ™ ، الإصدار 1.0 ، يناير 2021.

التوافق مع USB4 ™ Thunderbolt3 ™ CTS ، المراجعة 1.0 ، يناير 2021.

USB Power Delivery CTS ، المراجعة: 1.2 ، الإصدار 2 ، 20 يونيو 2021

مواصفات الاختبار الوظيفي لـ USB Type-C ، الفصل 4 و 5 ، 23 مايو 2021 ، Rev 0.88