Испытание портов USB на соответствие требованиям по подаче питания с помощью осциллографов Rohde & Schwarz

Измерительная задача

Правильность согласования питания между двумя интерфейсами USB Type-C требуется подтверждать посредством испытаний USB-питания на соответствие стандарту. Помимо соответствия физического уровня также требуется проводить испытания на соответствие протокола для всех типов топологии системы.

Справочная информация

Стандарт USB Power Delivery

Организация USB Implementers Forum (USB-IF) дополнила стандарты USB 2.0и USB 3.1спецификацией электропитания по USB. Эта спецификация регламентирует гибкую подачу электропитания до 100 Вт(до 20 Ви 5 А. USB-питание наиболее эффективно работает с определенными USB-IF разъемами USB Type-C и кабелями, сертифицированными для скоростей передачи данных до USB 3.1Gen 2(10 Гбит/с). Новая конструкция поддерживает обратную ориентацию разъема для упрощения подключения. 24-контактный двухсторонний разъем USB Type-C включает линии высокоскоростной передачи данных и усовершенствованный интерфейс питания. USB-хосты, устройства и дополнительное оборудование согласовывают подачу питания посредством протокола связи USB PD, который выполняется во введенном канале конфигурации (CC). Данное квитирование используется для подтверждения связи источник-потребитель и проверки максимально возможного профиля питания. На схеме ниже показаны различные топологии USB PD, поддерживаемые для источников питания, потребителей питания или устройств, выполняющих обе функции.

В интерфейсах USB Type-C питание подается через четыре пары контактов питания (V_bus). Организация USB-IF определила пять различных профилей USB PD.

Для полнофункциональных кабелей и адаптеров USB Type-C используется электронная маркировка (e-mark). Они содержат функциональную интегральную схему для идентификации, которая доступна через интерфейс CC. Тестирование функции e-mark входит в состав спецификации испытаний на соответствие (CTS) стандарту USB-питания.

Целостность BMC на физическом уровне

Протокол USB PD предусматривает использование в интерфейсе связи CC кода с представлением единицы двойным изменением фазы (BMC) для обмена профилями питания между двумя интерфейсами USB Type-C.

Чтобы обеспечить функциональную совместимость между компонентами и устройствами USB и чтобы избежать повреждений из-за превышения напряжения или тока, важна передача сигнала BMC согласно стандарту. Поэтому передача сигналов BMC на физическом уровне тестируется с использованием масок соответствия. Последовательности логических единиц и нулей модулированного сигнала оцениваются отдельно с использованием различных профилей маски, представленных на следующей странице.

Структура сигнала BMC интерфейса USB PD и маска соответствия для единицы (слева) и нуля (справа)

Решение компании Rohde & Schwarz

Испытания на соответствие USB PD проводятся для подтверждения надлежащего согласования питания в канале связи CC интерфейсов USB Type-C при скоростях передачи данных от 270 кбит/сдо 330 кбит/си для проверки качества питания на контактах Vbus. При выборе осциллографа в качестве основного инструмента анализа сигнала для проведения испытаний USB PD на соответствие прежде всего учитываются следующие параметры прибора: широкий динамический диапазон измерений, быстрый сбор и обработка данных и исходный импеданс 1 МОмдля токовых пробников.

Компания Rohde & Schwarzсовместно с отраслевым партнером Granite River Labs (GRL) предлагает решение для проведения испытаний на соответствие на основе осциллографа R&S^®RTE или R&S^®RTO. ПО для анализа GRL-USB-PD от GRL управляет испытательным оборудованием и осуществляет тестирование электрических компонентов и протоколов.

Схемы измерений

Схема измерений зависит от роли ИУ. Во всех случаях осциллограф R&S^®RTE или R&S^®RTO осуществляет сбор данных сигналов USB PD для анализа соответствия и верификации протокола. Для измерения напряжения (V_bus) и тока (I_L) в линиях питания V_busтребуются пассивный пробник напряжения и токовый пробник. Еще один пробник напряжения подключается к каналу связи CC. При испытаниях кабелей и адаптеров USB Type-Cосновное внимание уделяется проверке кода e-markв канале связи CC.

Инструментальное средство для испытаний на соответствие GRL-USB-PD

Компания GRL разработала ПО GRL-USB-PDдля испытаний USB PD на соответствие, которое основывается на спецификации CTS для USB Type-C. Инструмент использует собранные данные сигналов, чтобы генерировать глазковые диаграммы для тестирования по маске, и выполняет измерения для испытания электрических параметров. Также декодируются сигналы BMC для тестирования протокола. Для кабелей и адаптеров USB Type-CПО GRL-USB-PDподдерживает испытания на соответствие стандартам USB Type-Ce-mark. В сочетании с испытательным контроллером GRL USB Type-CПО GRL-USB-PDобеспечивает полностью автоматизированное решение для испытаний на соответствие. В конце испытаний ПО формирует подробный протокол испытаний.

ПО GRL-USB-PD предназначено для проведения следующих испытаний:

• Соответствие электрических параметров на физическом уровне (BMC-PHY)
  • Глазковая диаграмма
  • Измерения временных параметров (например, скорости передачи данных, времени нарастания)
  • Контроль CRC (циклический избыточный код)
• Соответствие протоколу USB PD и декодирование (BMC-PROT)
  • Декодирование пакета канала CC
  • Декодирование VDM для кабелей и адаптеров USB Type-C
• Испытания источника/потребителя питания (BMC-POW)

Испытательный контроллер USB Type-C

Компания GRL разработала аппаратный испытательный контроллер USB Type-C (GRL-USB-PD-C1). Он содержит встроенные функции контроллера USB PD и источник питания для испытаний потребителей, а также обеспечивает подключение испытуемого устройства и прочего испытательного оборудования. Контроллер конфигурирует ИУ, чтобы передавать соответствующие ответы USB PD для испытаний на соответствие.

Электронная нагрузка

Чтобы убедиться в том, что источник USB PD обеспечивает достаточную мощность, для каждого тестируемого профиля питания должны применяться различные нагрузки. Электронные нагрузки, например от Chroma Systems Solutions, способны имитировать различные сценарии питания.

Дополнительные возможности испытаний USB с помощью осциллографов R&S®RTE и R&S®RTO

Испытания на соответствие стандарту USB 2.0

В сочетании с опцией R&S^®RTO-K21USB 2.0и измерительной платой R&S^®RT-ZF1для испытаний на соответствие стандартам осциллограф R&S^®RTO можно использовать для проведения испытаний на соответствие стандартам интерфейсов USB 2.0/1.1/1.0и HSIC. ПО R&S^®ScopeSuite обеспечивает полную автоматизацию испытаний на соответствие стандартам и полную гибкость для отладки, тестирования и сертификации соответствия.

Запуск и декодирование USB 2.0

Опция R&S^®RTE-K60/RTO-K60 для R&S^®RTE/RTO поддерживает декодирование протокола и запуск для интерфейсов USB 2.0/1.1/1.0и HSIC. Благодаря быстрой обработке, гибкому отображению декодированных данных и всеобъемлющему набору событий запуска эта опция представляет собой важный инструмент для отладки встроенных устройств с интерфейсами USB.