로데슈바르즈 디지털 오실로스코프를 이용한 USB 전원 공급 컴플라이언스 테스트

USB Type-C™ 커넥터에서 지원하는 USB PD(USB Power Delivery)의 주요 이점 중 하나는 최대 100W의 전원을 송신하는 기능입니다. 기기는 저속 시그널링을 사용하여 USB PD 프로필을 구현합니다. USB PD 표준을 활용하는 USB Type-C 구성 요소 공급업체와 기기 공급업체는 프로토콜 핸드셰이크 및 신호 무결성에 대한 상호 운용성을 보장해야 합니다.

귀하의 업무

USB 전원 공급 컴플라이언스 테스트를 수행하여 두 USB Type-C 인터페이스 간 적절한 전원 구현을 확인합니다. PHY 계층 컴플라이언스 이외에 모든 유형의 시스템 토폴로지에 대한 프로토콜 컴플라이언스도 테스트해야 합니다.

USB 전원 공급 토폴로지

Background

USB 전원 공급

USB-IF(USB Implementers Forum)는 USB 전원 공급 규격에 따라 USB 2.0USB 3.1을 개선했습니다. 이 규격에서는 최고 100W(최고 20V5A)의 유연한 전원 공급이 가능합니다. USB 전원 공급은 최대 USB 3.1 Gen 2 데이터 레이트(10Gbps) 인증을 받은 USB-IF 정의 USB Type-C 커넥터와 케이블에서 가장 효과적으로 작동합니다. . 새로운 설계는 반대쪽 플러그 방향을 지원하여 간편하게 연결할 수 있습니다. 24핀 양면 USB Type-C 커넥터에는 고속 데이터 송신선과 향상된 전원 공급 인터페이스가 있습니다. USB 호스트, 기기 및 액세서리는 새로 소개된 CC(Configuration Channel)에서 실행되는 USB PD 통신 프로토콜을 통해 전원 공급 기능을 구현합니다. 이 핸드셰이크는 공급 기기-소비 기기의 관계를 확인하며, 최대한 가능한 전력 프로필을 검증합니다. 아래 다이어그램은 전원 공급 기기, 전원 소비 기기 또는 이중 역할 기기에 지원되는 다양한 USB PD 토폴로지에 대해 설명합니다.

USB 전원 공급 프로필

USB Type-C 인터페이스는 4개의 전원공급장치 핀 쌍(Vbus)을 통해 전력을 공급합니다. USB-IF는 산업에서 사용할 수 있는 5가지 USB PD 프로필을 정의했습니다.

모든 기능을 갖춘 USB Type-C 케이블과 어댑터는 전자 표시(e-mark)가 있으며, CC 인터페이스를 통해 액세스 가능한 ID 기능이 포함되어 있습니다. e-mark 기능 테스트는 USB 전원 공급 CTS(Compliance Test Specification)에 속합니다.

전원 공급 협상 중심의 USB 연결

BMC PHY 무결성

CC 통신 인터페이스의 USB PD 프로토콜은 BMC(Biphase Mark Code, 2위상 마크 코드) 인코딩을 사용하여 두 USB Type-C 인터페이스 사이에서 전력 프로필을 교환합니다.

USB 구성 요소와 기기 간 상호 운영성을 보장하고 과전압 및 전류로 인한 손상을 방지하기 위해 BMC 신호를 표준에 따라 송수신하는 것이 중요합니다. 따라서 BMC PHY 시그널링은 컴플라이언스 마스크에 따라 테스트합니다. 로직 "1" 및 "0"의 변조 신호 시퀀스는 다음 페이지에 나와 있는 두 가지 마스크 프로필로 별도로 평가합니다.

USB PD BMC 신호 체계 및 "1"(왼쪽) 및 "0"(오른쪽)에 대한 컴플라이언스 마스크

USB PD BMC 신호 체계 및 "1"(왼쪽) 및 "0"(오른쪽)에 대한 컴플라이언스 마스크

T&M 솔루션

USB PD 컴플라이언스 테스트는 270kbps ~ 330kbps의 주파수에서 USB Type-C 인터페이스의 CC 링크에 대해 적절한 전력 구현을 확인하며, Vbus 핀에서 제공된 전력의 품질을 검증합니다. USB PD 컴플라이언스 테스트의 기본 신호 수집 툴로서 오실로스코프를 선택할 경우에는 높은 계측 다이내믹 레인지, 빠른 수집 및 처리, 전류 프로브에 대한 네이티브 1MΩ 입력을 핵심적으로 고려합니다.

로데슈바르즈는 산업 파트너인 GRL(Granite River Labs)과 협력하여 R&S®RTE 또는 R&S®RTO 디지털 오실로스코프를 사용하여 컴플라이언스 테스트 솔루션을 제공합니다. GRL의 GRL-USB-PD 분석 소프트웨어에서는 테스트 장비를 관리하고 전기적, 프로토콜 테스트를 수행합니다.

테스트 셋업

테스트 셋업

테스트 셋업은 DUT의 역할에 따라 다릅니다. R&S®RTE 또는 R&S®RTO 오실로스코프는 컴플라이언스 분석 및 프로토콜 검증을 위해 USB PD 파형을 수집합니다. Vbus 공급 장치에서 전압(Vbus) 및 전류(IL)를 측정하려면 패시브 전압 프로브와 전류 프로브가 필요합니다. 다른 전압 프로브는 CC 통신 링크에 연결됩니다. USB Type-C 케이블 및 어댑터 테스트는 CC 신호 링크에 대한 e-mark 코드를 중점적으로 검증합니다.

GRL-USB-PD 컴플라이언스 테스트 툴

GRL은 USB Type-C CTS를 기반으로 USB PD 컴플라이언스 테스트 소프트웨어인 GRL-USB-PD를 개발했습니다. 이 툴은 수집된 파형을 사용하여 컴플라이언스 마스크 테스트의 아이 다이어그램을 생성하고 전기적 파라미터 테스트에 대한 계측을 수행합니다. 이 툴은 또한 프로토콜 테스트를 위한 BMC 시그널링을 디코딩합니다. USB Type-C 케이블 및 어댑터의 경우 GRL-USB-PD 툴은 USB Type-C e-mark 컴플라이언스 테스트를 지원합니다. GRL-USB-PD 소프트웨어는 GRL USB Type-C 테스트 컨트롤러와 결합하여 완전히 자동화된 컴플라이언스 테스트 솔루션을 제공합니다. 테스트가 끝나면 소프트웨어에서 포괄적 테스트 보고서를 생성합니다.

GRL-USB-PD 테스트 USB PD BMC 아이 다이어그램(출처: GRL).

GRL-USB-PD 소프트웨어는 다음과 같은 테스트를 다룹니다.

  • 전기 물리적 계층 컴플라이언스(BMC-PHY)
    • 아이 다이어그램
    • 타이밍 측정(예: 비트 레이트, 상승 시간)
    • CRC 검사
  • USB PD 프로토콜 컴플라이언스 및 디코딩(BMC-PROT)
    • CC 라인 패킷 디코딩
    • USB Type-C 케이블 및 어댑터의 VDM 디코딩
  • 전원 소스/싱크 테스트(BMC-POW)

USB Type-C 테스트 컨트롤러

GRL은 USB Type-C 테스트 컨트롤러 하드웨어(GRL-USB-PD-C1)를 개발했습니다. 여기에는 USB PD 컨트롤러 기능, 소비 기기 테스트를 위한 전원공급장치가 내장되어 있으며, DUT 및 나머지 테스트 장비에 대한 연결 기능을 제공합니다. 컨트롤러는 컴플라이언스 테스트를 위해 적절한 USB PD 응답을 전송하는 DUT를 구성합니다.

E-로드

USB PD 공급 기기에서 충분한 전력을 공급하도록 각 테스트 전력 프로필에 다른 로드를 적용해야 합니다. 예를 들어 Chroma Systems Solutions의 전기 부하는 다른 전원 시나리오를 시뮬레이션할 수 있습니다.

R&S®RTE 및 R&S®RTO 디지털 오실로스코프를 이용한 추가 USB 테스트 기능

R&S®RTO-K21 USB 컴플라이언스 테스트 소프트웨어

USB 2.0 컴플라이언스 테스트

R&S®RTO-K21USB 2.0 컴플라이언스 테스트 옵션이 탑재된 R&S®RTO는 R&S®RT-ZF1 USB 컴플라이언스 테스트 장치와 함께 사용하여 USB 2.0/1.1/1.0 및 HSIC 인터페이스를 테스트할 수 있습니다. R&S®ScopeSuite를 기반으로 하는 컴플라이언스 테스트는 완전히 자동화되어 있으며, 디버깅, 테스트, 컴플라이언스 인증을 위한 완벽한 유연성을 제공합니다.

R&S®RTE/RTO-K60 USB 트리거링 및 디코딩

USB 2.0 트리거링 및 디코딩

R&S®RTE/RTO용 R&S®RTE-K60/RTO-K60 옵션은 USB 2.0/1.1/1.0 및 HSIC의 프로토콜 디코딩 및 트리거링을 지원합니다. 빠른 처리, 디코딩 데이터의 유연한 표시 및 포괄적 트리거 이벤트 세트를 제공하는 이 옵션은 USB 인터페이스가 있는 임베디드 설계를 디버깅하는 데 필수적인 툴입니다.

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