Ensayos de conformidad de suministro de energía USB con osciloscopios Rohde & Schwarz

Su misión

Confirmar la correcta negociación de energía entre dos interfaces USB Type-C con las pruebas de conformidad de suministro de energía USB. Además del cumplimiento de la capa PHY, es necesario probar el cumplimiento del protocolo en todos los tipos de topologías de sistema.

Antecedentes

Suministro de energía USB

El USB Implementers Forum (USB-IF) es responsable de la mejora de USB 2.0y USB 3.1con la especificación de suministro de energía USB. Esta especificación permite el suministro flexible de energía hasta 100 W(hasta 20 Vy 5 A). El suministro de energía USB funciona con más eficiencia en conectores USB Type-C con USB-IF definido y con cableado homologado para velocidades de transmisión USB 3.1Gen 2(10 Gbps). El nuevo diseño admite orientación inversa del conector para facilitar el contacto. El conector USB Type-C de 24 contactos de dos caras incluye pistas de transmisión de datos de alta velocidad y una interfaz mejorada de suministro de energía. Los host USB, los dispositivos y los accesorios negocian la capacidad de suministro de energía a través del protocolo de comunicaciones USB PD que se ejecuta en el recién introducido canal de configuración (CC). Este protocolo de enlace confirma la relación proveedor-consumidor y verifica el perfil de máxima energía posible. En este diagrama se explican las distintas topologías USB PD admitidas para proveedores de energía, consumidores de energía o dispositivos duales.

Las interfaces USB Type-C suministran la energía a través de cuatro pares de contactos específicos (V_bus). USB-IF ha definido cinco perfiles USB PD distintos para uso en la industria.

Los adaptadores y cables USB Type-C totalmente compatibles están marcados electrónicamente (e-mark) y contienen un chip de función ID accesible a través de la interfaz CC. La prueba de la funcionalidad e-mark forma parte de la especificación de los ensayos de conformidad de suministro de energía USB (CTS).

Integridad BMC PHY

El protocolo USB PD de la interfaz de comunicaciones CC utiliza un código de marca bifásico (BMC) para intercambiar los perfiles de energía entre dos interfaces USB Type-C.

Para garantizar la interoperabilidad entre componentes y dispositivos USB, así como para evitar daños por sobretensión y corriente, es importante que la señal BMC se comunique tal y como está especificada en el estándar. Por ello se prueba la señalización BMC PHY con máscaras de aceptación. Las secuencias moduladas de señales de lógica «uno» y «cero» se evalúan por separado en dos perfiles de máscara distintos que se muestran en la página siguiente.

Esquema de señal USB PD BMC y máscara de aceptación para «uno» (izquierda) y «cero» (derecha)

Solución Rohde & Schwarz

El ensayo de conformidad USB PD confirma la correcta negociación de energía en el enlace CC de las interfaces USB Type-C a frecuencias entre 270 kbpsy 330 kbpsy verifica la calidad de la energía suministrada en los contactos Vbus. Los parámetros clave a la hora de seleccionar un osciloscopio como principal herramienta de captura de señal para pruebas de conformidad USB PD son un alto rango dinámico de medida, rápida captura y procesamiento y una entrada nativa de 1 MΩpara las sondas de corriente.

Rohde & Schwarzofrece, en colaboración con su socio Granite River Labs (GRL), una solución para ensayos de conformidad utilizando el osciloscopio digital R&S^®RTE o el R&S^®RTO. El software de análisis GRL-USB-PD de GRL controla los equipos de prueba y ejecuta las pruebas eléctricas y de protocolo.

Configuraciones de medida

La configuración de medida depende del papel adoptado por el dispositivo bajo prueba. En todos los casos, el osciloscopio R&S^®RTE o el R&S^®RTO captura las trazas USB PD para analizar su conformidad y verificar el protocolo. Para medir la tensión (V_bus) y la corriente (I_L) de suministro del V_bus, se necesitan una sonda pasiva de tensión y una sonda de corriente. Otra sonda de tensión se conecta al enlace de comunicaciones CC. La prueba de los cables y adaptadores USB Type-Cse centra en la validación del código e-marken el enlace de señal CC.

Herramienta de prueba de conformidad GRL-USB-PD

GRL ha desarrollado GRL-USB-PD, el software para pruebas de certificación USB PD basado en USB Type-CCTS. Esta herramienta utiliza las trazas capturadas para generar diagramas de ojo de la prueba de máscara de aceptación y ejecuta medidas de prueba eléctrica paramétrica. Decodifica asimismo la señalización BMC para la prueba de protocolo. Para los cables y adaptadores USB Type-C, la herramienta GRL-USB-PDes compatible con las pruebas de conformidad USB Type-Ce-mark. En combinación con el controlador de prueba GRL USB Type-Cel software GRL-USB-PDofrece una solución automatizada para pruebas de conformidad. Al final de las pruebas, el software genera un completo informe.

El software GRL-USB-PD cubre las pruebas siguientes:

• Conformidad de la capa física eléctrica (BMC-PHY)
  • Diagrama de ojo
  • Medidas de tiempo (p. ej., tasa de bits, tiempo de subida)
  • Comprobación CRC
• Conformidad de protocolo USB PD y decodificación (BMC-PROT)
  • Decodificación de paquete línea CC
  • Decodificación VDM para cables y adaptadores USB Type-C
• Pruebas de fuente/receptor de energía (BMC-POW)

Controlador de prueba USB Type-C

GRL ha desarrollado el hardware controlador de pruebas USB Type-C (GRL-USB-PD-C1). Tiene funciones de controlador USB PD integradas, una fuente de alimentación para medidas de carga y conectividad para el dispositivo bajo prueba y el resto del equipo de pruebas. El controlador configura el dispositivo bajo prueba para enviar las respuestas USB PD adecuadas para la prueba de conformidad.

Carga electrónica

Es necesario aplicar una carga distinta para cada perfil de energía probado con objeto de garantizar que el proveedor USB PD suministra suficiente energía. Las cargas electrónicas de Chroma Systems Solutions, por ejemplo, permiten simular distintos escenarios de energía.

Otras funciones de prueba USB con los osciloscopios R&S®RTE y R&S®RTO

Pruebas de conformidad USB 2.0

Equipado con la opción R&S^®RTO-K21de prueba de conformidad USB 2.0y junto con el adaptador para ensayos de conformidad R&S^®RT-ZF1USB, el R&S^®RTO se puede utilizar para pruebas de conformidad USB 2.0/1.1/1.0e interfaces HSIC. Basado en R&S^®ScopeSuite, el ensayo de conformidad es totalmente automático y ofrece total flexibilidad para depuración, medidas y certificación de conformidad.

USB 2.0 disparo y decodificación

La opción R&S^®RTE-K60/RTO-K60 para el R&S^®RTE/RTO admite decodificación y disparo de protocolo para USB 2.0/1.1/1.0y HSIC. Su rápido procesamiento, visualización flexible de los datos decodificados y también un completo conjunto de sucesos de disparo hacen de esta opción una herramienta esencial para depuración de diseños integrados que tengan interfaz USB.