Teste de conformidade de fornecimento de potência por USB com osciloscópios da Rohde & Schwarz

Sua tarefa

Confirmar a negociação apropriada de alimentação entre duas interfaces USB tipo C com o teste de conformidade de fornecimento de energia USB. Além da conformidade de camada PHY, a conformidade de protocolo para todos os tipos de topologia de sistema também precisa ser testada.

Contexto

Fornecimento de energia USB

O USB Implementers Forum (USB-IF) aprimorou o USB 2.0e o USB 3.1com a especificação de fornecimento de energia por USB. Essas especificações permitem o fornecimento flexível de energia em até 100 W(até 20 Ve 5 A). O fornecimento de energia por USB funciona de forma mais eficiente com conectores USB tipo C definidos pelo USB-IF e cabos certificados para velocidades de transmissão de até USB 3.1Gen 2(10 Gbps). O novo design é compatível com o encaixe inverso do plugue para uma fácil conexão. O conector USB tipo C de 24 pinos bilateral inclui vias de transmissão de dados de alta velocidade e uma interface aprimorada de fornecimento de energia. Os hosts, dispositivos e acessórios USB negociam capacidades de fornecimento de energia através do protocolo de comunicações USB PD que é executado no canal de configuração (CC) recém-introduzido. Essa troca de informações confirma a relação fornecedor/consumidor e verifica o perfil de alimentação máxima possível. O diagrama abaixo explica as diferentes topologias USB PD compatíveis com diversos fornecedores de energia, consumidores de energia, ou dispositivos de função dupla.

As interfaces USB tipo C fornecem energia através de quatro pares de pinos de fonte de alimentação (_Vbus). O USB-IF definiu cinco perfis USB PD diferentes para utilização no setor.

Os cabos e adaptadores USB tipo C com recursos completos são marcados eletronicamente (e-mark) e contêm um chip com função de identificação que pode ser acessado através da interface CC. O teste da funcionalidade e-mark faz parte da especificação para testes de conformidade (CTS) de fornecimento de energia por USB.

Integridade BMC PHY

O protocolo USB PD na interface de comunicações CC utiliza criptografia com código de marcação bifásica (BMC) para trocar os perfis de alimentação entre duas interfaces USB do tipo C.

Para garantir a interoperabilidade dos componentes e dispositivos USB, e evitar quaisquer danos devido ao excesso de tensão e corrente, é importante que o sinal BMC seja comunicado conforme especificado no padrão. Sendo assim, a sinalização BMC PHY é testada com as máscaras de conformidade. As sequências de sinal moduladas de lógica "um" e "zero" são avaliadas separadamente em dois perfis diferentes de máscara mostrados na página a seguir.

Esquema de sinal BMC do USB PD e máscara de conformidade "um" (esquerda) e "zero" (direita)

A solução da Rohde & Schwarz

O teste de conformidade USB PD confirma uma negociação de alimentação apropriada na conexão CC das interfaces USB tipo C em frequências entre 270 kbpse 330 kbpse verifica a qualidade da alimentação fornecida nos pinos do Vbus. Os principais parâmetros de seleção para um osciloscópio, como a ferramenta de aquisição de sinal principal para testes de conformidade USB PD, são a elevada faixa dinâmica de medição, aquisição e processamento rápidos, bem como uma entrada nativa de 1 MΩpara as pontas de prova de corrente.

A Rohde & Schwarzdispõe, em colaboração com seu parceiro industrial Granite River Labs (GRL), de uma solução de teste de conformidade usando o osciloscópio R&S^®RTE ou o R&S^®RTO. O software de análise GRL-USB-PD da GRL controla o equipamento de teste e executa testes elétricos e de protocolo.

Configurações de teste

A configuração do teste depende da função do dispositivo em teste. Em todos os casos, o osciloscópio R&S^®RTE ou o R&S^®RTO adquirem formas de onda USB PD para análise de conformidade e verificação de protocolo. Para medir a tensão (V_bus) e a corrente (I_L) na alimentação do V_bus, uma ponta de prova de tensão passiva e uma ponta de prova de corrente são necessárias. Outra ponta de prova de tensão é conectada à ligação de comunicações CC. O teste de cabos e adaptadores USB do tipo Cconcentra seu foco na validação do código e-markna conexão de sinal CC.

Ferramenta de teste de conformidade GRL-USB-PD

A GRL desenvolveu o GRL-USB-PD, o software para testes de conformidade de USB PD com base em CTS de USB do tipo C. A ferramenta utiliza as formas de onda adquiridas para gerar diagramas de olhos para testes de máscara de conformidade e realiza medições para testes paramétricos elétricos. Ele também decodifica a sinalização BMC para os testes de protocolo. Para cabos e adaptadores USB do tipo C, a ferramenta GRL-USB-PDoferece suporte aos testes de conformidade de USB do tipo Ccom e-mark. Em combinação com o controlador de testes GRL para USB do tipo C, o software GRL-USB-PDfornece uma solução completa e automatizada para testes de conformidade. No final dos testes, o software gera um relatório de teste detalhado.

O software GRL-USB-PD abrange os seguintes testes:

• Conformidade de camada física elétrica (BMC-PHY)
  • Diagrama de olhos
  • Medições de tempo (por exemplo, taxa de bits e tempo de subida)
  • Verificação CRC
• Conformidade de protocolo USB PD e decodificação (BMC-PROT)
  • Decodificação do pacote da linha CC
  • Decodificação VDM para cabos e adaptadores USB tipo C
• Testes de fornecimento/consumo de energia (BMC-POW)

Controlador de testes USB tipo C

O GRL desenvolveu o hardware controlador para testes USB tipo C (GRL-USB-PD-C1). Ele possui funcionalidade de controlador USB PD integrado, uma fonte de alimentação para testar dispositivos consumidores e fornece conectividade ao dispositivo em teste e ao equipamento de teste restante. O controlador configura o dispositivo em teste para enviar respostas USB PD apropriadas para o teste de conformidade.

Carga elétrica

Uma carga diferente deve ser aplicada para cada perfil de alimentação testado para garantir que o fornecedor USB PD forneça alimentação suficiente. As cargas elétricas da Chroma Systems Solutions, por exemplo, podem simular diferentes cenários de alimentação.

Capacidades adicionais de testes USB com os osciloscópios R&S®RTE e R&S®RTO

Teste de conformidade do USB 2.0

Equipado com a opção de teste de conformidade R&S^®RTO-K21para USB 2.0, juntamente com o adaptador para testes de conformidade R&S^®RT-ZF1para USB, o R&S^®RTO pode ser utilizado em testes de conformidade de interfaces USB 2.0/1.1/1.0e HSIC. Com base no R&S^®ScopeSuite, os testes de conformidade são completamente automatizados e oferecem flexibilidade total para depuração, testes e certificação de conformidade.

Acionamento e decodificação do USB 2.0

A opção R&S^®RTE-K60/RTO-K60 para o R&S^®RTE/RTO oferece suporte à decodificação de protocolo e triggering para USB 2.0/1.1/1.0e HSIC. O processamento rápido, a exibição flexível dos dados de decodificação, bem como o vasto conjunto de eventos de trigger fazem desta opção uma ferramenta essencial para depurar designs integrados que possuem interfaces USB.