Kiểm tra và chứng nhận cáp hoạt động LRD USB4

Thông số kỹ thuật cáp hoạt động USB4 tuân theo thông số kỹ thuật cáp và đầu nối USB loại C. hiện tại, phiên bản mới nhất là Rev. 2.1. Định nghĩa về cáp EPR (dải công suất mở rộng) được thêm vào và ECN (thông báo thay đổi kỹ sư) của cáp hoạt động trước đó được tích hợp vào phiên bản này. Hãy cùng' xem xét cáp USB type-C đang hoạt động.

Cáp hoạt động ngắn USB 3.2

Cáp hoạt động ngắn USB4

Cáp chủ động cách ly USB 3.2 về mặt quang học （OIAC）

Trong số đó, OIAC là loại cáp quang có chiều dài 50 mét. Hiện tại, nó được xác định rằng nó có thể hỗ trợ tối đa tốc độ USB 3.2 Gen2 (nhưng không hỗ trợ cấp nguồn USB2.0 và VBUS), chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng đầu cuối công nghiệp, thị giác máy, cảm biến từ xa, video chuyên nghiệp và y tế. Tuy nhiên, thông số kỹ thuật về điện của cáp quang hoạt động tuyến tính USB4 vẫn chưa được xác định; tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu một phần của cáp hoạt động ngắn.

Cáp hoạt động ngắn cáp hoạt động

Chiều dài trong vòng 5 mét

Cần có đầy đủ tính năng eMarker type-C và USB PD 3.0

Nó được yêu cầu để hỗ trợ chèn hai chiều và tích cực và tiêu cực

Theo khả năng hỗ trợ, nó có thể được chia thành cáp hoạt động USB 3.2 và USB4

Cáp USB 3.2 hoạt động:

-USB 3.2 Gen 2x2 (kênh đôi 10GHz) phải được hỗ trợ

* cáp hoạt động chỉ hỗ trợ kênh đơn (x1) không được phép

-Chỗ trợ tùy chọn chế độlt

Cáp USB4 hoạt động:

-Tất cả các tốc độ USB 3.2 và USB4 (kênh đôi) phải được hỗ trợ

-Chế độ thay thế -Tbt3 phải được hỗ trợ

Các yêu cầu về dây của VBUS, vconn, CC và USB 2.0 phù hợp với các yêu cầu của cáp thụ động

Cáp hoạt động cần được cấp nguồn bởi vconn

Cáp hoạt động chứa các thành phần bộ lặp, chẳng hạn như bộ đếm thời gian lại hoặc trình điều khiển lại, chủ yếu cho các tín hiệu tốc độ cao TX1, TX2, rx1 và rx2. Việc phát triển bộ đếm thời gian lại rất phức tạp và tốn kém. Cáp trình điều khiển tuyến tính (LRD) được thống trị bởi trình điều khiển re có đặc điểm là độ phức tạp thấp, tiêu thụ điện năng thấp và chi phí thấp. Mặc dù sau đó nó chỉ được thêm vào hệ sinh thái USB và được đưa vào thông số kỹ thuật USB type-C, nhưng cáp LRD lần đầu tiên được giới thiệu trên thị trường. Ví dụ: cáp Thunderbolt 4 40Gbps hai mét là cáp LRD hỗ trợ USB4.

Các thành phần chính của cáp LRD bao gồm bộ cân bằng RX và trình điều khiển đầu ra, tương ứng chịu trách nhiệm bù suy hao cáp, điều chỉnh độ lợi DC và điều chỉnh kích thước của tín hiệu và điểm nhấn trước đầu ra, như thể hiện trong hình bên dưới.

Vì cáp LRD không có CDR (phục hồi dữ liệu đồng hồ), jitter và nhiễu nhận được ở đầu vào cáp sẽ được chuyển sang đầu ra của cáp; Đồng thời, RX EQ cũng có thể khuếch đại tiếng ồn tần số cao; Do bổ sung các thành phần tích cực, trở kháng của thẻ đệm sẽ không liên tục; Cũng như cáp dài, dễ gây ra sự sai lệch về chiều dài và độ lệch pn lớn trong quá trình sản xuất, dẫn đến chế độ chung AC vượt quá thông số kỹ thuật. Dựa trên những điểm trên, những điều sau đây sẽ được xem xét trong thiết kế:

Tiếng ồn tần số cao do cáp gây ra

Liệu EQ bên trong cáp có được cân bằng thích hợp hay không và tín hiệu có đủ hoặc quá cân bằng không?

Kết hợp trở kháng của các thành phần bổ sung bên trong cáp hoạt động

Độ xiên Pn của cặp cáp tốc độ cao

Hỗ trợ chức năng cáp LRD và thông báo eMarker

Nó được nêu trong bảng 6-3 của đầu nối USB loại C& Đặc điểm kỹ thuật của cáp Rev 2.1 (như trong Bảng 2), cáp thụ động USB4 và cáp chủ động USB4 (ngoại trừ OIAC) phải hỗ trợ USB4, usb3, USB2 và tbt3.

Trong đó, cáp USB4 LRD là cáp chủ động, nhưng trong phần thiết lập VDO tiêu đề ID của eMarker, B29 ... B27 phải khai báo là cáp thụ động (011b) và khai báo sử dụng cáp thụ động VDO. Bởi vì cáp LRD đã được tích hợp vào thông số kỹ thuật USB ở giai đoạn sau, nó chủ yếu để tương thích với các sản phẩm tbt3 trên thị trường. Nó phải được khai báo là bị động. Mặc dù loại sản phẩm được khai báo là thụ động, quá trình khám phá tbt3 sẽ tiếp tục trong quá trình giao tiếp của USB4 explore_ SVID (0x8087) và sau đó đánh giá xem nó có phải là" USB4 với cáp hoạt động tbt3 gen3 không" ;.

Usb-if phát hành biểu tượng và biểu tượng USB4 mới

Usb-if đã tổ chức hội thảo USB devdays 2021 tại Seattle (30 tháng 9 đến 1 tháng 10), đồng thời phát hành logo và biểu tượng công suất định mức mới của cáp USB type-C kết hợp với đặc điểm kỹ thuật EPR (dải công suất mở rộng), như được hiển thị trong bảng bên dưới, để người dùng có thể nhanh chóng xác định tốc độ và công suất được hỗ trợ bởi các sản phẩm USB. Cáp ban đầu hỗ trợ 100W (20V / 5A) không còn được sử dụng; Cáp hỗ trợ 5A phải hỗ trợ EPR 240W (48V / 5A).

Bảng 3: biểu tượng và biểu tượng cáp USB type-C được chứng nhận mới (nguồn: usbdevdays 2021)

Cáp hoạt động của cáp LRD thêm trình điều khiển lại thành phần hoạt động để làm cho chiều dài hỗ trợ cáp dài hơn. Trong thực tế sử dụng và kiểm tra chứng nhận, khái niệm là hiệu suất của cáp LRD phải phù hợp hoặc thậm chí tốt hơn hiệu suất của cáp thụ động. Có nghĩa là, trong cùng một cài đặt môi trường thử nghiệm, âm ly phải bằng hoặc tốt hơn cáp thụ động khi so sánh với cáp thụ động.

Các hạng mục kiểm tra chứng nhận LRD bao gồm:

Kiểm tra chức năng Usb-c

Kiểm tra điểm đánh dấu điện tử USB PD

Nguồn cáp hoạt động: Giảm hồng ngoại và tiêu thụ điện năng

Bảo vệ quá nhiệt

Kiểm tra đặc tính điện LRD

Kiểm tra khả năng tương thích của cáp LRD (vẫn đang được thảo luận)

Kiểm tra điện chi tiết của cáp LRD như sau:

1. Kiểm tra chức năng Usb-c

Theo thông số kỹ thuật kiểm tra chức năng usb-c, kiểm tra cáp như sau:

TD 4.1.3 Kiểm tra cáp không cấp nguồn

TD 4.13.5 Cáp EnterUSB và Kiểm tra Đặt lại Dữ liệu

TD 4,14.x

TD 4.14.1 Thử nghiệm hoán đổi cáp Vconn

Kiểm tra đặt lại cáp TD 4.14.2

TD 4.14.3 Kiểm tra Chế độ Thay thế Cáp

TD 4.14.4 Cáp USB 3.2 Kiểm tra

TD 4.14.5 Kiểm tra cáp USB4

2. USB PD: kiểm tra e-marker

Theo USB PD CTS, hãy kiểm tra ba mục sau liên quan đến cáp:

Các thủ tục và kiểm tra thông thường

Kiểm tra cụ thể lớp vật lý

Kiểm tra giao thức cụ thể

Cáp LRD cần hỗ trợ tbt3 và xác nhận xem thông báo tbt3 và phản hồi SOP có chính xác hay không

Phản hồi của cáp SOP 'Discover Identity

[Tiêu đề ID VDO] B26 (hoạt động kiểu máy) được đặt thành 1b (chế độ thay thế)

[Tiêu đề ID VDO] B29..27 (loại sản phẩm) được đặt thành 11b (cáp thụ động)

[Cáp VDO] B2..0 (Tốc độ cao nhất của USB) được đặt thành 010b (USB3.2 / USB4 Gen2)

Cáp SOP 'TBT Chế độ Khám phá VDO phản hồi

B20..19 (làm tròn / làm tròn& không có) được đặt thành 01b (cả hai)

B21 (Quang học / không có) được đặt thành 0 (không có)

B22 (Hẹn giờ lại / Trình điều khiển lại) được đặt thành 0b (Trình điều khiển lại)

B23 (Uni / Bi-direction) được đặt thành 1b (Uni)

B25 (Chủ động / Bị động) đến 1b (Hoạt động)

3. Yêu cầu về nguồn điện của cáp hoạt động

3.1. Các thông số kỹ thuật rơi IR của VBUS và cáp nối đất cũng giống như các thông số kỹ thuật của cáp thụ động

VBUS IR Drop ： ≤500 mV

Thả hồng ngoại mặt đất ： ≤250 mV

3.2. Nguồn điện của cáp hoạt động chủ yếu thông qua vconn và mức tiêu thụ điện năng tối đa bị hạn chế

Công suất tiêu thụ bởi vconn ≤ 1,5W

4. Kiểm tra nhiệt

Vì lý do an toàn, cảm biến nhiệt độ phải được đặt bên trong cáp hoạt động. Khi nhiệt độ bề mặt của vỏ nhựa của cáp hoạt động đạt 80 ˚ C hoặc nhiệt độ bề mặt kim loại đạt 55 C. Quá trình truyền dữ liệu USB 3.2 / usb4 phải dừng lại.

Ngoài ra, nhiệt độ bề mặt của phích cắm cáp hoạt động và nhiệt độ làm việc tối đa của bề mặt vỏ không được vượt quá nhiệt độ môi trường xung quanh 30 ℃ ˚ C. Hoặc nhiệt độ bề mặt vỏ kim loại 15 ˚ C。

Nhiệt độ bề mặt (TS) của vỏ nhựa của cáp hoạt động chủ yếu bao gồm nhiệt độ làm việc (TMB) của bo mạch chủ thiết bị và máy chủ được kết nối, các thành phần hoạt động trong cáp và nhiệt độ môi trường hiện tại (TA). Kiểm tra chứng nhận thực tế chủ yếu được chia thành hai phần: nhiệt độ bề mặt (TS) và tắt nhiệt. Môi trường thử nghiệm được hiển thị trong hình dưới đây:

4.1 Nhiệt độ bề mặt (Ts)

nhiệt độ bề mặt

Như thể hiện trong Hình 3, kiểm tra kết nối, mô phỏng bo mạch chủ của máy chủ / thiết bị thông qua bảng mạch bộ gia nhiệt thử nghiệm nhiệt ở nhiệt độ phòng và để nhiệt độ TMB tăng lên (TA + 25) ˚ C) Sau đó kết nối cáp hoạt động và đặt đầy tải từ máy chủ đến thiết bị (bao gồm truyền dữ liệu tốc độ cao đồng thời và tải PD 100W). Tại thời điểm này, hãy sử dụng camera hồng ngoại để tìm ra khu vực nhiệt độ cao nhất của phích cắm cáp (Hình 4) và dán cặp nhiệt"" vá ở nhiệt độ cao này để kiểm tra nhiệt độ (Hình 5). Phát hiện nhiệt độ bề mặt của vỏ nhựa của phích cắm cáp và đánh giá xem thử nghiệm đã đạt hay chưa: TS< ta="" +="" 30="" ˚="">

Hình 4: camera hồng ngoại để tìm vùng nhiệt độ cao nhất

Hình 5:" ThermalCouple" miếng dán dính vào khu vực nóng nhất.

4.2 Bảo vệ quá nhiệt khi ngắt nhiệt

Môi trường thử nghiệm đối với bảo vệ quá nhiệt cũng giống như trên. Ngoài ra, miếng dán sưởi ấm được phủ trên vỏ nhựa của phích cắm cáp (Hình 6). Bắt đầu làm nóng miếng dán sưởi ở nhiệt độ phòng. Khi nhiệt độ đạt 85 ℃ ˚ C, kết quả thử nghiệm được xác định: cáp hoạt động cần dừng truyền dữ liệu USB 3.2 / usb4.

Hình 6: miếng dán sưởi ấm linh hoạt

Lưu ý: để biết thiết bị kiểm tra nhiệt cáp đang hoạt động và các phụ kiện liên quan, vui lòng liên hệ OD Liao @ luxshare -ict.com

Kiểm tra điện

Đối với cáp LRD, cáp thụ động vẫn được sử dụng trong cấu hình cáp USB 2.0, SBU và CC. Phương pháp thử nghiệm và thông số kỹ thuật giống như của cáp thụ động. Cặp tín hiệu tốc độ cao TX1 / rx1 / TX2 / rx2 được trang bị các thành phần hoạt động lại trình điều khiển. Các thông số kỹ thuật thử nghiệm phù hợp với cáp hoạt động LRD CTS phiên bản 0.8. Các mục kiểm tra chủ yếu được chia thành ba mục sau:

Kiểm tra miền tần số

Miền thời gian - kiểm tra cáp độc lập với cáp

Miền thời gian - kiểm tra mắt đầu ra cáp

5.1 kiểm tra miền tần số

Tổn thất trả lại tích hợp (IRL)

Tích hợp đa phản xạ (IMR)

Biên hoạt động kênh (COM)

Hình 7: sơ đồ kết nối của các tham số S được thu thập bởi VNA của máy phân tích mạng vectơ

Đối với các hạng mục thử nghiệm trong miền tần số, phương pháp thử giống như đối với cáp thụ động. Các tham số S được truy xuất bởi bộ phân tích mạng véc tơ VNA. Có 8 tệp s4p (TX1 / rx1 / TX2 / rx2, hai chiều) cho các cặp vi sai tốc độ cao và thông qua phần mềm get_ iPar_ V0p91a để phân tích.

5.2 miền thời gian - thử nghiệm độc lập cáp

Mặt nạ ilfit cáp (DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB): mất chèn

OUTPUT_ Noise (𝝈): độ lệch chuẩn của tiếng ồn đầu ra (không bao gồm tiếng ồn phi tuyến)

SIGMA_ E (𝝈): độ lệch chuẩn của nhiễu phi tuyến đầu ra

Cáp CM_ Tiếng ồn: Chế độ chung AC

Kiểm tra thân cáp (không bao gồm ISI hệ thống và jitter) chủ yếu kiểm tra suy hao chèn, nhiễu đầu ra, nhiễu phi tuyến và chế độ chung AC của chính cáp. Kết nối thử nghiệm được hiển thị trong hình bên dưới. Dưới đầu ra TP2 (như thể hiện trong Bảng 4), mẫu hình xoay, không rung, không có SSC, không có cài đặt TX EQ, chẳng hạn như" mẫu: prbs15, xoay 800mv, tắt SSC, tắt rung, đặt trước 0 [GG ] quot ;, đầu tiên bộ tạo tín hiệu kết nối cáp thụ động trong trường hợp xấu nhất để kiểm tra, máy hiện sóng ghi lại dạng sóng *. Bin, sau đó thay đổi cáp LRD để kiểm tra và thực hiện phân tích thông số sau thông qua phần mềm, Sau đó so sánh cáp LRD. Kết quả thử nghiệm phải bằng hoặc tốt hơn cáp thụ động. Thử nghiệm sẽ bao gồm ba tốc độ: USB4 Gen2 / gen3 và USB 3.2 Gen2.

Lưu ý:" cáp thụ động trường hợp xấu nhất" đề cập đến cáp thụ động có tổn hao chèn tối đa trong thông số kỹ thuật của cáp, chẳng hạn như cáp thụ động 1m USB 3.2 Gen2, cáp thụ động USB4 Gen2 2m và cáp thụ động USB4 gen3 0,8m.

Hình 8: sơ đồ kết nối để kiểm tra thân cáp

5.3 miền thời gian - kiểm tra sơ đồ mắt đầu ra cáp

(Kiểm tra mắt đầu ra cáp）

5.3.1. Kiểm tra USB4 Gen2 / gen3:

Kết nối của kiểm tra sơ đồ mắt đầu ra cáp (bao gồm ISI hệ thống và jitter) được thể hiện trong hình bên dưới. Môi trường thử nghiệm giống như môi trường thử nghiệm xác thực máy chủ / thiết bị RX USB4. Môi trường thử nghiệm USB4 RX cần được sửa trước. Bạn có thể điều khiển trực tiếp trình tạo mẫu Anritsu mp1900 thông qua ứng dụng kiểm tra grl-usb4-rx, như trong Hình 9, Hiệu chỉnh môi trường kiểm tra USB4 RX bằng keyight hoặc máy hiện sóng Tektronix.

Sau khi hiệu chuẩn, kết nối" cáp thụ động trường hợp xấu hơn" đầu tiên trong quá trình thử nghiệm. Cài đặt điều kiện kiểm tra bao gồm đầu ra prbs31 ở mẫu Gen và thiết lập cài đặt trước USB4 (tổng cộng 16 nhóm). Sau khi tín hiệu đi qua cáp, chụp năm dạng sóng trong máy hiện sóng và 80 dạng sóng cần được ghi lại trong mỗi nhóm ở tốc độ cao; Sau đó, trong cùng điều kiện thử nghiệm, tháo cáp thụ động, thay thế cáp LRD và chụp lại dạng sóng trên máy hiện sóng; Sau đó, sơ đồ mắt, độ rộng của mắt và vùng mắt được kiểm tra và phân tích bằng phần mềm sigtest USB4.

Hình 10: Kết nối kiểm tra mắt sơ đồ đầu ra cáp USB4 gen3 / Gen2

USB4 xác định kết quả thử nghiệm Gen2 / gen3 (trung bình 5 lần chụp):

Vùng mắt tốt nhất của cáp LRD ≥ vùng mắt tốt nhất của cáp thụ động

Và chiều rộng mắt của cáp LRD ≥ 0.9 * cáp thụ động

1.3.2. Kiểm tra USB Gen2:

Môi trường thử nghiệm giống như môi trường thử nghiệm xác thực máy thu RX usb3.2. Môi trường thử nghiệm USB 3.2 RX trước tiên cần được sửa chữa (như trong Hình 11). Máy tạo mẫu Anritsu mp1900 có thể được điều khiển tự động trực tiếp thông qua ứng dụng grl-usb3-rxtest và được hiệu chỉnh bằng keyight hoặc máy hiện sóng Tektronix

Sau khi hiệu chuẩn, trong điều kiện kiểm tra USB 3.2 Gen2 RX, chọn Rx để hiệu chỉnh môi trường PJ @ 100MHz. Sau khi đi qua bộ cố định và cáp LRD, máy hiện sóng chụp lại dạng sóng năm lần, sau đó phân tích nó bằng phần mềm usb3sigtest và 7 mẫu CTLE. (sigtest usb3 chỉ có một mẫu ctle_5db ban đầu và cần phải thiết lập và bổ sung mẫu ctle_0db ~ ctle_6 DB theo cách thủ công)

Đánh giá kết quả kiểm tra USB 3.2 Gen2, (giá trị trung bình của 5 lần chụp):

Vùng mắt tốt nhất của cáp LRD ≥ vùng mắt tốt nhất của cáp thụ động

Và chiều rộng mắt của cáp LRD ≥ 0.9 * cáp thụ động

tóm lược

USB type-C được sử dụng rộng rãi trong máy tính và các thiết bị ngoại vi liên quan, cũng như cáp thụ động và cáp chủ động. Một số chỉ hỗ trợ USB 2.0 và sạc, và một số có thể hỗ trợ USB 3.2 và USB4; Chúng đều là cổng kết nối USB type-C, hỗ trợ nhiều khả năng và tốc độ khác nhau, rất dễ khiến người dùng nhầm lẫn. Hiệp hội USB cũng tập trung vào trải nghiệm người dùng và cam kết cáp type-C, có thể đáp ứng mọi ứng dụng. Trong phần cáp hoạt động, thông số kỹ thuật phải hỗ trợ truyền hai chiều, phích cắm tích cực và tiêu cực, kênh đôi (x2), v.v. Lấy ví dụ như cáp hoạt động LRD USB4, nó có thể hỗ trợ USB4, USB 3.2, USB 2.0 , Thunderbolt 3, sạc PD, v.v. để đáp ứng ứng dụng USB type-C với một đường.

Sự khác biệt lớn nhất giữa cáp chủ động USB type-C và cáp thụ động là liệu có các thành phần tích cực hay không, điều này cũng dẫn đến các phương pháp khác nhau để kiểm tra tín hiệu vi sai tốc độ cao. Kiểm tra cáp hoạt động thông qua phương pháp kiểm tra tần số cao hiện có của máy chủ và thiết bị USB4, đồng thời sử dụng bộ tạo tín hiệu tần số cao và máy hiện sóng tần số cao để kiểm tra. Môi trường và phương pháp kiểm tra tương đối phức tạp, GRL cung cấp các giải pháp kiểm tra tự động để kiểm tra USB4, có thể làm giảm độ phức tạp của kiểm tra. GRL có kinh nghiệm phong phú trong việc điều chỉnh EQ, độ lợi và các thông số khác và hỗ trợ khách hàng gỡ lỗi. GRL cũng có thể cung cấp máy chủ và thiết bị USB4, cáp thụ động USB4, cáp chủ động USB4 và các dịch vụ kiểm tra và chứng nhận khác.

Thẩm quyền giải quyết

Thông số kỹ thuật về cáp và đầu nối USB Type-C, Bản phát hành 2.1, tháng 5 năm 2021

Đầu nối USB Type-C và Cụm cáp CTS, Bản sửa đổi 2.1b, tháng 6 năm 2021

Thông số yêu cầu về khả năng tương thích của USB4 ™ Thunderbolt3 ™, Phiên bản 1.0, tháng 1 năm 2021.

Tương thích USB4 ™ Thunderbolt3 ™ CTS, Bản sửa đổi 1.0, tháng 1 năm 2021.

USB Power Delivery CTS, Bản sửa đổi: 1.2, Phiên bản 2, ngày 20 tháng 6 năm 2021

Đặc điểm kỹ thuật kiểm tra chức năng USB Type-C, Chương 4 và 5, ngày 23 tháng 5 năm 2021, Rev 0.88