中心議題：

• USB2.0 一致性測試的內容及測試法
• 用力科公司的QualiPHY軟件快速進行USB2.0產品一致性測試

解決方案：

• 力科QualiPHY軟件針對USB2.0物理層一致性測試的流程特點
• 提供易用操作和人性化的操作界麵
• 全麵而豐富的軟件功能
• 有效降低工程師操作儀器的複雜度
• 提高測試效率 

1、 USB2.0簡介
通用串行總線USB是一種計算機外設連接規範
，由PC行業的多家領導廠商聯合製定，其中英特爾公司和微軟公司占主導地位。USB規範推出以來曆經1.0和1.1版本，目前已發展到2.0版本，速度也有最初的1.5Mbps提升到480Mbps。由於其速度比標準串口快4千多倍
，支持多個設備的同時連接，而且具有真正的“即插即用”特性，因此一推向市場就受到了設備廠家的普遍青睞
，如今已經被計算機、存儲設備、遊戲機
、多媒體數字家電等數字產品廣泛使用。
USB2.0是一種4線串行係統，包括VBus
，D-
，D+和地線，D-和D+是數據傳輸線
，VBus和地線傳輸5V電壓。按照功能的不同
，USB2.0產品可分為主機(Host)、設備(Device)和集線器(Hub)三大類。還可以根據供電方式的不同將USB2.0設備分為總線供電(從主機汲取電流)和自供電兩種方式。為了適應不同類型應用對數據傳輸速度的要求，USB2.0定義了三種速率級別
，分別是：

典型的USB低速設備包括電腦鼠標
、鍵盤

，遊戲機操控杆；而常見的全速設備包括電話
、音頻設備、傳輸壓縮視頻數據的設備。市麵上大部分USB2.0都屬於 高速設備，包括數碼相機
、移動硬盤等。

2、 什麼是USB2.0 一致性測試
俗話說“沒有規矩
，不成方圓”。與IEEE802.3委員會負責製定以太網規範
，PCI-SIG特別興趣組負責製定PCI Express總線規範一樣，USB的發展過程就是標準協議不斷進步完善的過程，而負責USB協議標準化的組織被稱為“USB Implementers Forum”，簡稱USB-IF。該組織由多家業界領導廠商組成
，不僅負責製定USB的物理層、協議層的標準規範和實現細節
，而且發布了一係列測試規範來保證各廠家設計的USB產品能滿足互操作性。何謂互操作性，簡而言之就是A公司生產的USB設備無需送到B公司檢測
，就能被B公司生產的USB主機支持，隻要其在出廠前按照USB-IF製定的測試規範在專業認證機構驗證後合格即可。任何一家廠商生產的USB產品經過統一規範驗證後即能與任意其他廠家的USB合格產品兼容，這是USB技術發展壯大的根本保證
，隻有這樣才能鼓勵創新，打破技術壁壘和壟斷，推動行業的持續健康發展。

USB-IF製定的互操作性測試規範涵蓋多個方麵，包括信號質量、浪湧電流衝擊、下跌
、衰弱測試及協議層特性。考慮到USB架構的層次性，測試規範又按照主機、設備、集線器、高速、全速、低速等劃分成多個類別，每個類別的測試參數都不盡相同
，其涵蓋的全部參數都必須檢測合格後才算通過(Pass)。以USB2.0 高速 設備為例

，其需要測試的信號質量參數包括：

•  眼圖測試
•  信號速率
•  包結尾(EOP)寬度
•  交叉點電壓範圍
•  JK 對抖動
•  KJ 對抖動
•  連續抖動
•  上升時間
•  下降時間

按照USB-IF製定的互操作性規範，使用專門儀器對USB產品進行檢測的過程稱為“Compliance testing一致性測試”。數字示波器是在物理層分析USB產品一致性的最佳儀器工具。USB-IF為通過一致性測試的USB2.0產品頒發“通過認證”的專用標誌
，消費者在購買時必須選擇包裝箱上有該標誌的產品才能獲得質量保證。曆史上最早通過USB－IF認證的產品為NEC開發的主控製器LSI和美國Orange Micro公司開發的采用該LSI的PCI總線板。

3、 一致性測試麵臨的挑戰
目前，進行USB2.0物理層一致性測試的主要儀器平台是高速數字示波器或串行數據分析儀包括力科的SDA，工程師在利用這些設備進行測試時，普遍麵臨如下困難：

3.1
、如何掌握測試標準內容
USB2.0是一種複雜的總線結構
，既包括高速
、全速
、低速三種速率級別，也包括主機、設備
、集線器三類產品，每種類別又包括多個參數需要測試，幅度、抖動、時序、過程等特性都需要一一分析是否滿足規範要求。USB2.0一致性測試規範對HighSpeed的Device分析就定義了幾十個參數。每一種參數的測量對於示波器的使用都定義了設置參數，如下1就是USB-IF對全速抖動測試的容限範圍規定：

 

圖1 全速USB設備抖動測試容限範圍測試規範對每種參數都有合格範圍
，實際測量值必須落在這個範圍才被判定為合格。
所suo以yi，測ce試shi工gong程cheng師shi既ji需xu要yao掌zhang握wo完wan整zheng的de測ce試shi參can數shu列lie表biao
，又you需xu要yao了le解jie每mei種zhong參can數shu對dui應ying的de示shi波bo器qi工gong作zuo狀zhuang態tai，還hai需xu要yao清qing楚chu每mei個ge參can數shu的de合he格ge測ce量liang範fan圍wei。這zhe是shi非fei常chang複fu雜za的de工gong作zuo。

3.2、如何設置測試環境
USB2.0總線協議的信號質量分析和一致性測試一般都離不開測試夾具的輔助。夾具的主要作用是在不同的信號形式之間相互轉換，具體來說USB2.0測試夾具就是將USB電纜信號轉換成示波器能輸入的探頭信號。每個測量項目都需要測試夾具

、被測器件和示波器三者之間建立合適的互連拓撲關係
，準確掌握所有連接關係也是非常困難的事情。

3.3
、 對儀器操作不是很熟悉
串行數據總線技術包括USB2.0defeisujinbuduigaoxingnengshiboqidexingnengtichulegenggaodebiaozhun，tongshiyeshidexiandaigaoduanshiboqidecaozuofuzaduyeriyijiada，jizhuyizhixingceshiguichengzhongdemeigebuzhou，shiboqigairuhecaozuo

，shifeichangburongyideshi。

3.4、如何生成測試報告
每個硬件工程師都有這種切身體會，編寫測試報告時是非常費神費時的工作。需要收集測量結果、對比標準規範來分析某個測量參數是否合格，保存關鍵波形畫麵並帖到報告中去，如果測試參數多大幾十個，比如USB2.0測試，那工作量將是非常巨大的。

3.5、串行數據協議類型比較多
計算技術的不斷普及和內容需求的迅猛增長都需要更快的數字通路，目前PCI Express
、SATA、HDMI、SAS等串行數據總線架構已經廣泛應用於數字環境中，而且更快速的PCIExpress2.0、HDMI1.3


、SATAIII等第二代和第三代總線架構也已經開始出現或正在研發過程中。再加上更為普遍的Ethernet和USB2.0
，串行總線協議的類型越來越豐富
，對測試工程師的要求也越來越高。不同協議測試的切換都意味著重新開始學習。[page]
4. 力科QualiPHY軟件
高速數字係統工程師在進行USB2.0或huo其qi他ta串chuan行xing協xie議yi一yi致zhi性xing測ce試shi時shi麵mian臨lin的de難nan題ti，作zuo為wei業ye界jie領ling導dao廠chang商shang之zhi一yi的de美mei國guo力li科ke公gong司si深shen感gan有you責ze任ren幫bang助zhu工gong程cheng們men們men應ying對dui這zhe一yi挑tiao戰zhan，進jin而er有you針zhen對dui性xing的de推tui出chu了le功gong能neng強qiang大da、易於使用的QualiPHY軟件包，其具有的優勢特性包括：

4.1、用戶可定製測量項目
完整的一致性測試包含十幾個甚至幾十個項目，但不是每次測試都要遍曆全部項目。

圖2 USB2.0測試項目定製窗口

QualiPHY軟件支持用戶可定製化測試項目，可以選擇單個或多個項目分別測試，從而大大提高了靈活性。圖2描述的是USB2.0 High Speed的Device or Hub測試項目定製窗口。

4.2
、 自動化測試
根據選擇好的測試項目，QualiPHY隨即展開一係列自動化測試過程：自動設置示波器工作參數包括采樣率、存儲深度
、采集時間、縱軸刻度

、觸發電平等；自動定義測量參數
；自動調用第三方軟件如Matlab對dui波bo形xing運yun算suan

，自zi動dong分fen析xi波bo形xing和he測ce量liang結jie果guo
，自zi動dong輸shu出chu分fen析xi結jie果guo，整zheng個ge測ce試shi過guo程cheng完wan全quan是shi自zi動dong化hua的de
，無wu需xu任ren何he人ren工gong幹gan預yu。在zai測ce試shi過guo程cheng中zhong會hui同tong步bu顯xian示shi測ce試shi狀zhuang態tai和he過guo程cheng提ti示shi。
QualiPHYruanjianzhenduigongchengshicaozuoshiboqijinxingyizhixingceshideshiyongtedianeryouhuazidonghuaceshiliucheng
，youxiaotigaoyizhixingceshixiaolv

，bingdadajiangdilecaozuoyiqinanduhezhongfulaodongliang，shideceshiguochengchongmanlequerbuzaishikuzaowuweiderenwu，yineryituichujishenshougongchengshidexiai。tu3是USB2.0一致性自動測試界麵。
 

圖3 USB2.0 一致性自動化測試過程示意

4.3
、圖表化提示
QualiPHY軟件的用戶界麵設計非常人性化和直觀實用
，它會以圖表化的方式顯示出一致性測試的每個環節中測試夾具、示波器主機和DUT三者之間的拓撲關係，使用者無需記憶
，就能正確設置測試環境。下圖4清晰 顯示了USB2.0高速設備信號質量測試中的夾具
、DUT和示波器連接關係。

圖4 High Speed Devide Signal Quality測試連接示意圖

4.4、自動分析測量數據
示波器采集波形並按規程測量參數後，QualiPHY軟件會自動將其與標準值做對比
，並輸出此參數通過或失敗的結論。下圖5展示了QualiPHY軟件包對FS Crossover Voltage - Mean分析的結果，實際測量值為1.57V，USB-IF標準合格範圍是1.30V到2.00V

，顯然此參數測試通過。
 

圖5 QualiPHY自動分析全速交叉電壓平均值

4.5、集成多種串行數據協議
QualiPHY軟件集成了多種串行協議
，不僅支持USB2.0協議
，而支持其他流行的串行協議諸如SATA

、UWB、PCIE、SAS、FBDIMM、HDMI

、DDR2、ENET等(deng)
，如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)。不(bu)同(tong)的(de)串(chuan)行(xing)協(xie)議(yi)采(cai)用(yong)相(xiang)同(tong)的(de)用(yong)戶(hu)界(jie)麵(mian)和(he)操(cao)作(zuo)方(fang)法(fa)
，工(gong)程(cheng)師(shi)無(wu)需(xu)重(zhong)複(fu)學(xue)習(xi)
，舉(ju)一(yi)反(fan)三(san)即(ji)可(ke)快(kuai)速(su)掌(zhang)握(wo)全(quan)部(bu)協(xie)議(yi)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)測(ce)試(shi)流(liu)程(cheng)。
 

圖6 QualiPHY集成多種串行數據協議

4.6、自動輸出報告
QualiPHY軟件在完成所有指定項目的測量和分析任務後，會自動生成美觀
、實用、符合標準規範的測試報告，如圖7所示，報告格式可以選擇是XML
、HTML或PDF格式。節省了編寫測試報告的時間

，工程師就可以把更多精力放在產品設計上，而不是測試上。

圖7 QualiPHY軟件自動生成USB2.0一致性測試報告

5、結束語
美國力科公司推出的QualiPHY自動化一致性測試軟件，運行在中高端數字示波器或串行數據分析儀上，針對USB2.0物理層 yizhixingceshideliuchengtedian，tigongleyiyongcaozuoherenxinghuadecaozuojiemian，quanmianerfengfuderuanjiangongneng，youxiaojiangdilegongchengshicaozuoyiqidefuzadu，tigaoleceshixiaolv，congershideyizhixingceshichengweiyijianfeichangyouqudegongzuo，erfeikuzaowuweiderenwu。

參考文獻
1 LeCroy QualiPHY Manual, LeCroy Corporation
2 USB-IF USB2.0 Electrical Test Spec.pdf