示波器测试USB3.0端到端完整测试解决方案
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Loopback BERT Error Register
DUT
RX
PHY Layer
TX
Generator
Error Detector
Receiver Test Tool
LeCroy PeRT3
32
2012/6/20
32
Retimed Loopback Method (外部BER测试)
传统的重定时环回模式（retimed loopback mode）
PHY Layer
PeRT3 has protocol enabled state machine to remove SKPs before counting bits
Generator
Error Detector
Receiver Test Tool 33 2012/6/20
33
重定时环回模式（外部BER测试）
2
USB 3.0 基础架构
TX testing SDA813Zi-A
Impedance, loss, crosstalk SPARQ
RX testing Pert3
{
3
3
回到目录
USB3.0 发射机物理层测试
力科测量USB3.0 TX的解决方案
• SDA 813Zi-A，13GHz模拟带宽 • 标配有10个软件包，包括眼图和抖动分析工具SDAII • USB3ET，USB3 一致性测试夹具 • QPHY-USB3-Tx-Rx 一致性测试软件包 • Eye DoctorII 信道仿真、夹具去嵌和均衡仿真一体化软件包
25
USB3.0接收机测试的难点
在接收机测试时，测试仪器的信号源没有协议识别与通信能力，无法 与PUT完成握手顺序（handshake sequence），PUT很难进入环回 模式来测量接收机性能。 在接收机测试时，PUT发送出的码流会自动加入一些SKP，这样， BERT的Error Detector接收到的数据包括测试码型和一些SKP，对比 码型发生器发送出的测试码型，传统的BERT会误认为测量到了误码。
BERT的信号源发送已知码型到DUT DUT把接收到的信号重新发送回BERT的Error Detector BERT对错误计数
Retimed Loopback
Loopback pattern will have inserted/deleted SKP symbols which may cause test tool to lose lock
眼图、抖动
眼图
单端和差分信号波形
23
接收机测试中有什么不一样？
BERT
Pattern Generator Error Detector RX TX
PUT
Loopback
环回模式
带有大量抖动和噪声的 信号输入到PUT的RX
PUT输出干净的信号
24
力科的接收机测试方案
Protocol enabled Receiver Transmitter Tolerance Tester (PeRT3)
16
USB3.0信号的解码
K28.5
D19.1
USB3.0采用了8b/10b编码，力科SDA813Zi标配的 8b10b解码软件可以解码出波形对应的数据和命令
17
低频周期信号
Low Frequency Periodic Signaling (LFPS)
LFPS用于USB3两端口之间的通信，频率远低于5Gbps的速率，在低
Error Register
PHY Layer PHY Layer
Generator
Error Detector Generator Error Detector
Receiver Test Tool
Receiver Test Tool
31
2012/6/20
31
Loopback BERT Method（内部BER测试）
5
USB3.0发射机测试项目
目前QPHY-USB3中包括的测试项目： •LFPS测量 •眼图与抖动测量
•SSC测量
•共模电压测量 •差分电压和去加重测量
6
Compliance Pattern一致性测试码型
差分电压摆幅测量：CP8 去加重测量：CP7 SSC/RJ测量：CP1 眼图/TJ/DJ/RJ测量：CP0
12
信道的损耗
13
13
RX端均衡后眼图“张开”
14
14
USB3 参考信道的仿真
TX端测量的眼图
仿真电缆远端的眼图
使用力科眼图医生软件可以准确仿真经过参考信道后的信号的眼图和抖动
15
USB3 CTLE Equalization
RX端未均衡前的眼图 RX端均衡后的眼图
使用力科眼图医生中的CTLE均衡器可以仿真RX端均衡后信号的眼图与抖动
在TP2点校准
28
2012/6/20
28
Step 1– 校准/信道的设置
在TP2点校准幅度、信号状态、抖动 校准过程为：
Signal amplitude set to 800mV-1200mV (optimized for Ref Channel) SSC - 33khz, Triangular, Down spread, between +300/-3700 and +300/
TS1
TS2
Loopback
30 30
2012/6/20
30
Step 2: 设置DUT为Loopback模式
在规范中定义了两种Loopback方法
Internal BER
Loopback BERT
Loopback BERT
External BER
Loopback
Retimed Loopback
26
接收机测试步骤
Step 1: 校准PeRT3的输出信号
在TP2点校准输出信号的幅度、SSC、去加重、随机抖动 在DUT和信号源之间加入compliance channel（包括一块PCB和一根
USB3.0电缆，由USB-IF提供） 调节输出信号的正弦抖动的频率和抖动值，用示波器测量并校准
5300 PPM Rj set to 2.42ps RMS Sj Freq – 500khz, 1Mhz, 2Mhz, 4.9Mhz, 10Mhz, 20Mhz, 33Mhz, 50Mhz Sj Amp – 400ps, 200ps, 100ps, 40ps…40ps. Pre-emphasis set to -3.5dB (optimized for Ref Channel) Reference channel (11inch, 6inch)
5 frequency test (SJ) 10E-12 BER at 95% confidence 50 minutes Normative Compliance test 5 frequency test (SJ) 10E-10 BER at 95% confidence 30 seconds The pattern sent Scrambled zeros pattern when in External Ber(CP0)
18 18
18
LFPS 信号的电气规范(Low Frequency Periodic Signaling)
需要测量TX发送出的LFPS是否满足规范
19
LFPS测试结果
20
力科QualiPHY软件生成的报告（LFPS部分）
21
USB3.0接收机测试
怎样测量TX？
TX常规测试项目： 幅度
夹具
上升/下降时间
力科PeRT是具备协议识别和通信的接收机容限测试仪
信号源可调节 •信号幅度
•是否有SSC
•是否有去加重 •随机抖动RJ •正弦抖动SJ 支持以下串行数据的接收机测试： 可测量 BER / FER (Frame Error Rate) Jitter Tolerance •USB3.0 •SATA 1.5/3/6G •SAS 3G/6G •PCIe Gen1/2/3
wenku.baidu.com
Intel认为传统的重定时环回测试是最好的接收机测试方法，正在推动
测试标准使用这种方法。
在传统环回测试模式下,PeRT3 能识别和处理SKP符号，因此可以正
确的测量BER。
35
35
Step 3 –扫描正弦抖动（Sj Sweep ）
Receiver Characterization test
10
TX的眼图和抖动测试
连续100万个UI的信号测量眼图， 力科只需2秒以内即可完成，其他
品牌示波器需要1.5-6分钟
测量经过参考信道和电缆、以及接收端 CTLE均衡器后的眼图和抖动，力科的 眼图医生软件可以实现信道和均衡器仿真
11
USB3的CTLE均衡器参数
力科的眼图医生选件 集成了USB3.0规范中 定义的CTLE均衡器， 可以准确仿真均衡后 的信号，并测量其眼 图与抖动
SuperSpeed USB (USB 3.0)
端到端完整测试解决方案
李发存 应用工程师 美国力科公司上海代表处 Denny.li@lecroy.com 18601624068
议程
USB3.0发射机物理层测试 USB3.0接收机物理层测试 USB3.0电缆测试
力科USB3.0整体测试解决方案
Supplied by USB IF – Availability TBD
Cable (3 meters)
Supplied by USB IF – Availability TBD
29 29
29
进入环回模式的顺序（Loopback Sequence）
LFPS
RxEQ PeRT3能发送、接收 以及识别多种协议， 能不断与PUT在Link Layer进行握手和沟通， 可设置PUT逐步进入 环回模式，同时，也 可以测试PUT的握手 顺序（handshake sequence）的健壮性， 以及出错时PUT的错 误恢复机制。
由于在数据流中添加或删除了SKP，接收机测试仪器发送和接收的 数据时不一样的
测试仪器必须能滤除SKP后才能测量误码率(BER)和丢帧率(FER)
34 34
2012/6/20
34
关于环回模式的总结
市场上的很多USB3产品的芯片内建误码率测试功能（即Loopback
BERT功能），更趋向使用传统的重定时环回测量方法（即外部误码 率测试方法）
7
几种常用测试码型
CP0
CP1
CP7
CP8
8
USB3.0 夹具反嵌
提高测量电压摆幅和 去加重比值的精度
Eye Doctor software
发送端测量到的信号
通过夹具后测量到的信号，幅 度和边沿斜率发生改变
夹具反嵌后测量可以更准确的测量差分电压摆幅和去加重比值 需要输入夹具的S参数
9
9
USB3.0去加重比值测量结果
36 36
36
抖动容限测试
打开SSC，The generator will test BER at the following jitter
configurations (with SSC On):
Rj 2.42ps RMS, Sj 400ps at 500Khz Rj 2.42ps RMS, Sj 200ps at 1Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 100ps at 2Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 4.9Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 10Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 20Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 33Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 50Mhz
Loopback BERT是一种利用DUT内
部的误码测试系统来测量BER的新 方法 信号源发送已知码型给DUT DUT接收到已知码型的信号，对错
误计数 把误码寄存器（Error Register）中 的错误数量发送回BERT - 实际的命令流程：
Start with LFPS signal Transition to 5Gbps signal Training sequence (TSEQ, TS1, TS2) BRST (error register reset) BDAT (compliance pattern) BERC (error register read)
Step 2: 设置DUT进入Loopback 模式 Step 3: 扫描各个频点的正弦抖动Sj ，测量 BER
Transmit Channel
TP2
27 27
2012/6/20
27
Step 1– 校准PeRT3输出的信号
PeRT3 的Tx通过参考信道和参考电缆后连接示波器的两个通道
Transmit Channel
功耗状态或者错误状态时host和device之间的通信 USB3设备发送的LFPS信号必须满足规范 在USB3规范中，接收机测试仪器的码型发生器必须能发送出LFPS到 待测试产品（PUT），让PUT进入5Gbps速率的工作状态， LFPS可以让PUT进入或者退出环回模式（loopback mode）
DUT
RX
PHY Layer
TX
Generator
Error Detector
Receiver Test Tool
LeCroy PeRT3
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2012/6/20
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Retimed Loopback Method (外部BER测试)
传统的重定时环回模式（retimed loopback mode）
PHY Layer
PeRT3 has protocol enabled state machine to remove SKPs before counting bits
Generator
Error Detector
Receiver Test Tool 33 2012/6/20
33
重定时环回模式（外部BER测试）
2
USB 3.0 基础架构
TX testing SDA813Zi-A
Impedance, loss, crosstalk SPARQ
RX testing Pert3
{
3
3
回到目录
USB3.0 发射机物理层测试
力科测量USB3.0 TX的解决方案
• SDA 813Zi-A，13GHz模拟带宽 • 标配有10个软件包，包括眼图和抖动分析工具SDAII • USB3ET，USB3 一致性测试夹具 • QPHY-USB3-Tx-Rx 一致性测试软件包 • Eye DoctorII 信道仿真、夹具去嵌和均衡仿真一体化软件包
25
USB3.0接收机测试的难点
在接收机测试时，测试仪器的信号源没有协议识别与通信能力，无法 与PUT完成握手顺序（handshake sequence），PUT很难进入环回 模式来测量接收机性能。 在接收机测试时，PUT发送出的码流会自动加入一些SKP，这样， BERT的Error Detector接收到的数据包括测试码型和一些SKP，对比 码型发生器发送出的测试码型，传统的BERT会误认为测量到了误码。
BERT的信号源发送已知码型到DUT DUT把接收到的信号重新发送回BERT的Error Detector BERT对错误计数
Retimed Loopback
Loopback pattern will have inserted/deleted SKP symbols which may cause test tool to lose lock
眼图、抖动
眼图
单端和差分信号波形
23
接收机测试中有什么不一样？
BERT
Pattern Generator Error Detector RX TX
PUT
Loopback
环回模式
带有大量抖动和噪声的 信号输入到PUT的RX
PUT输出干净的信号
24
力科的接收机测试方案
Protocol enabled Receiver Transmitter Tolerance Tester (PeRT3)
16
USB3.0信号的解码
K28.5
D19.1
USB3.0采用了8b/10b编码，力科SDA813Zi标配的 8b10b解码软件可以解码出波形对应的数据和命令
17
低频周期信号
Low Frequency Periodic Signaling (LFPS)
LFPS用于USB3两端口之间的通信，频率远低于5Gbps的速率，在低
Error Register
PHY Layer PHY Layer
Generator
Error Detector Generator Error Detector
Receiver Test Tool
Receiver Test Tool
31
2012/6/20
31
Loopback BERT Method（内部BER测试）
5
USB3.0发射机测试项目
目前QPHY-USB3中包括的测试项目： •LFPS测量 •眼图与抖动测量
•SSC测量
•共模电压测量 •差分电压和去加重测量
6
Compliance Pattern一致性测试码型
差分电压摆幅测量：CP8 去加重测量：CP7 SSC/RJ测量：CP1 眼图/TJ/DJ/RJ测量：CP0
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信道的损耗
13
13
RX端均衡后眼图“张开”
14
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USB3 参考信道的仿真
TX端测量的眼图
仿真电缆远端的眼图
使用力科眼图医生软件可以准确仿真经过参考信道后的信号的眼图和抖动
15
USB3 CTLE Equalization
RX端未均衡前的眼图 RX端均衡后的眼图
使用力科眼图医生中的CTLE均衡器可以仿真RX端均衡后信号的眼图与抖动
在TP2点校准
28
2012/6/20
28
Step 1– 校准/信道的设置
在TP2点校准幅度、信号状态、抖动 校准过程为：
Signal amplitude set to 800mV-1200mV (optimized for Ref Channel) SSC - 33khz, Triangular, Down spread, between +300/-3700 and +300/
TS1
TS2
Loopback
30 30
2012/6/20
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Step 2: 设置DUT为Loopback模式
在规范中定义了两种Loopback方法
Internal BER
Loopback BERT
Loopback BERT
External BER
Loopback
Retimed Loopback
26
接收机测试步骤
Step 1: 校准PeRT3的输出信号
在TP2点校准输出信号的幅度、SSC、去加重、随机抖动 在DUT和信号源之间加入compliance channel（包括一块PCB和一根
USB3.0电缆，由USB-IF提供） 调节输出信号的正弦抖动的频率和抖动值，用示波器测量并校准
5300 PPM Rj set to 2.42ps RMS Sj Freq – 500khz, 1Mhz, 2Mhz, 4.9Mhz, 10Mhz, 20Mhz, 33Mhz, 50Mhz Sj Amp – 400ps, 200ps, 100ps, 40ps…40ps. Pre-emphasis set to -3.5dB (optimized for Ref Channel) Reference channel (11inch, 6inch)
5 frequency test (SJ) 10E-12 BER at 95% confidence 50 minutes Normative Compliance test 5 frequency test (SJ) 10E-10 BER at 95% confidence 30 seconds The pattern sent Scrambled zeros pattern when in External Ber(CP0)
18 18
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LFPS 信号的电气规范(Low Frequency Periodic Signaling)
需要测量TX发送出的LFPS是否满足规范
19
LFPS测试结果
20
力科QualiPHY软件生成的报告（LFPS部分）
21
USB3.0接收机测试
怎样测量TX？
TX常规测试项目： 幅度
夹具
上升/下降时间
力科PeRT是具备协议识别和通信的接收机容限测试仪
信号源可调节 •信号幅度
•是否有SSC
•是否有去加重 •随机抖动RJ •正弦抖动SJ 支持以下串行数据的接收机测试： 可测量 BER / FER (Frame Error Rate) Jitter Tolerance •USB3.0 •SATA 1.5/3/6G •SAS 3G/6G •PCIe Gen1/2/3
wenku.baidu.com
Intel认为传统的重定时环回测试是最好的接收机测试方法，正在推动
测试标准使用这种方法。
在传统环回测试模式下,PeRT3 能识别和处理SKP符号，因此可以正
确的测量BER。
35
35
Step 3 –扫描正弦抖动（Sj Sweep ）
Receiver Characterization test
10
TX的眼图和抖动测试
连续100万个UI的信号测量眼图， 力科只需2秒以内即可完成，其他
品牌示波器需要1.5-6分钟
测量经过参考信道和电缆、以及接收端 CTLE均衡器后的眼图和抖动，力科的 眼图医生软件可以实现信道和均衡器仿真
11
USB3的CTLE均衡器参数
力科的眼图医生选件 集成了USB3.0规范中 定义的CTLE均衡器， 可以准确仿真均衡后 的信号，并测量其眼 图与抖动
SuperSpeed USB (USB 3.0)
端到端完整测试解决方案
李发存 应用工程师 美国力科公司上海代表处 Denny.li@lecroy.com 18601624068
议程
USB3.0发射机物理层测试 USB3.0接收机物理层测试 USB3.0电缆测试
力科USB3.0整体测试解决方案
Supplied by USB IF – Availability TBD
Cable (3 meters)
Supplied by USB IF – Availability TBD
29 29
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进入环回模式的顺序（Loopback Sequence）
LFPS
RxEQ PeRT3能发送、接收 以及识别多种协议， 能不断与PUT在Link Layer进行握手和沟通， 可设置PUT逐步进入 环回模式，同时，也 可以测试PUT的握手 顺序（handshake sequence）的健壮性， 以及出错时PUT的错 误恢复机制。
由于在数据流中添加或删除了SKP，接收机测试仪器发送和接收的 数据时不一样的
测试仪器必须能滤除SKP后才能测量误码率(BER)和丢帧率(FER)
34 34
2012/6/20
34
关于环回模式的总结
市场上的很多USB3产品的芯片内建误码率测试功能（即Loopback
BERT功能），更趋向使用传统的重定时环回测量方法（即外部误码 率测试方法）
7
几种常用测试码型
CP0
CP1
CP7
CP8
8
USB3.0 夹具反嵌
提高测量电压摆幅和 去加重比值的精度
Eye Doctor software
发送端测量到的信号
通过夹具后测量到的信号，幅 度和边沿斜率发生改变
夹具反嵌后测量可以更准确的测量差分电压摆幅和去加重比值 需要输入夹具的S参数
9
9
USB3.0去加重比值测量结果
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抖动容限测试
打开SSC，The generator will test BER at the following jitter
configurations (with SSC On):
Rj 2.42ps RMS, Sj 400ps at 500Khz Rj 2.42ps RMS, Sj 200ps at 1Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 100ps at 2Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 4.9Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 10Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 20Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 33Mhz Rj 2.42ps RMS, Sj 40ps at 50Mhz
Loopback BERT是一种利用DUT内
部的误码测试系统来测量BER的新 方法 信号源发送已知码型给DUT DUT接收到已知码型的信号，对错
误计数 把误码寄存器（Error Register）中 的错误数量发送回BERT - 实际的命令流程：
Start with LFPS signal Transition to 5Gbps signal Training sequence (TSEQ, TS1, TS2) BRST (error register reset) BDAT (compliance pattern) BERC (error register read)
Step 2: 设置DUT进入Loopback 模式 Step 3: 扫描各个频点的正弦抖动Sj ，测量 BER
Transmit Channel
TP2
27 27
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Step 1– 校准PeRT3输出的信号
PeRT3 的Tx通过参考信道和参考电缆后连接示波器的两个通道
Transmit Channel
功耗状态或者错误状态时host和device之间的通信 USB3设备发送的LFPS信号必须满足规范 在USB3规范中，接收机测试仪器的码型发生器必须能发送出LFPS到 待测试产品（PUT），让PUT进入5Gbps速率的工作状态， LFPS可以让PUT进入或者退出环回模式（loopback mode）