使用罗德与施瓦茨示波器进行 USB PD 一致性测试

由 USB Type-C™ 连接器支持的 USB PD 的主要优势之一是能够实现最高 100 W 的传输功率。利用低速信号传递,设备可以协调 USB PD 分布。USB C 类组件供应商和设备供应商(使用 USB PD 标准)需要确保协议握手和信号完整性方面的互操作性。

您的任务

通过 USB PD 一致性测试,确认两个 USB C 类接口之间是否存在适当的功率协调。除了物理层一致性测试之外,针对各类系统拓扑的协议一致性测试同样必不可少。

USB PD 拓扑
USB PD 拓扑
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背景

USB PD

USB 开发者论坛 (USB-IF) 通过 USB PD 规范进一步强化 USB 2.0USB 3.1。根据此规范,功率输出最高可达 100 W(最高达 20 V5 A)。在使用 USB-IF 定义的 USB C 类连接器和电缆(经认证达到 USB 3.1Gen 2数据率 10 Gbps)时,USB PD 的效率最优。新设计支持反向插入,方便轻松连接。24 引脚双面 USB C 类连接器包括多个高速数据传输通道和一个增强型功率输出接口。通过在新引入的配置通道 (CC) 上执行的 USB PD 通信协议,USB 主机、设备和附件协调功率输出能力。此类握手确认供应商与消费者之间的关系,并且验证可能的最大功率分布。下图解释了电力供应商设备、电力消费者设备或身兼双重角色的设备所支持的不同 USB PD 拓扑。

USB PD 分布
USB PD 分布
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USB C 类接口经由四对电源引脚 (Vbus) 供电。USB-IF 定义了五种不同的 USB PD 分布以支持行业应用。

功能全面的 USB C 类电缆和适配器使用电子标记 (e-mark),并且包含一个可通过 CC 接口访问的 ID 功能芯片。e-mark 功能测试是 USB PD 一致性测试规范 (CTS) 的一部分。

关注功率输出协调的 USB 连接
关注功率输出协调的 USB 连接
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BMC 物理层完整性

CC 通信接口上的 USB PD 协议使用双相符号编码 (BMC),以交换两个 USB C 类接口之间的功率分布。

为了确保 USB 组件和设备之间的互操作性,同时为了避免因过电压和电流导致的任何损坏,用户必须按照标准规定传输 BMC 信号。因此,应通过一致性模板测试 BMC 物理层信号传递。测试使用下页所示的两个不同模板单独评估逻辑“1”和“0”的调制信号序列。

针对“1”(左)和“0”(右)的 USB PD BMC 信号方案以及一致性模板

罗德与施瓦茨解决方案

USB PD 一致性测试可以确认 270 kbps330 kbps频率下 USB C 类接口的 CC 链路上是否存在合适的功率协调,并验证 Vbus 引脚上的电源质量。如要选择一款示波器作为 USB PD 一致性测试的主要信号采集工具,主要参数包括高测量动态范围、快速采集和处理以及针对电流探头的本地 1 MΩ输入。

罗德与施瓦茨携手业内合作伙伴 Granite River Labs (GRL) 推出了一项使用 R&S®RTE 或 R&S®RTO 示波器的一致性测试解决方案。GRL 推出的 GRL-USB-PD 分析软件可以控制测试设备,并执行电气和协议测试。

测试装置

测试装置视被测设备的角色而定。在所有情况下,R&S®RTE 或 R&S®RTO 示波器都会采集 USB PD 波形以便进行一致性分析和协议验证。如需测量 Vbus电源上的电压 (Vbus) 和电流 (IL),需要使用无源电压探头和电流探头。另一个电压探头连接到 CC 通信链路。USB C 类电缆和适配器测试着重于验证 CC 信号链路上的 e-mark编码。

测试装置
测试装置

GRL-USB-PD 一致性测试工具

GRL 基于 USB C 类 CTS 研发出 USB PD 一致性测试软件 GRL-USB-PD。该工具使用采集的波形生成眼图以便进行一致性模板测试,并执行测量以便进行电气参数测试。该工具还可以解码 BMC 信令以便进行协议测试。对于 USB C 类电缆和适配器,GRL-USB-PD工具支持 USB C 类e-mark一致性测试。结合 GRL USB C 类测试控制器,GRL-USB-PD软件可以提供完善的自动化一致性测试解决方案。测试结束时,该软件可生成全面的测试报告。

GRL-USB-PD 测试 USB PD BMC 眼图(来源:GRL)。
GRL-USB-PD 测试 USB PD BMC 眼图(来源:GRL)。
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GRL-USB-PD 软件适用于以下测试:

  • 电气物理层一致性 (BMC-PHY)
    • 眼图
    • 时间测量(比如比特率、上升时间)
    • CRC 检查
  • USB PD 协议一致性和解码 (BMC-PROT)
    • CC 链路分组解码
    • 针对 USB C 类电缆和适配器的 VDM 解码
  • 电源/接收测试 (BMC-POW)

USB C 类测试控制器

GRL 开发出 USB C 类测试控制器硬件 GRL-USB-PD-C1。该硬件具有内置 USB PD 控制器功能和用于测试消费类电子设备的电源,并且可以连接到被测设备和其余测试设备。该控制器配置被测设备,以发送合适的 USB PD 响应以便进行一致性测试。

电子负载

针对每个测试的功率分布必须外施不同的负载,以确保 USB PD 供应商的充足电力供应。比如,Chroma Systems Solutions 的电子负载可用于仿真不同的电力场景。

R&S®RTE 和 R&S®RTO 示波器的其他 USB 测试功能

R&S®RTO-K21 USB 一致性测试软件。
R&S®RTO-K21 USB 一致性测试软件。
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USB 2.0 一致性测试

R&S®RTO配备 R&S®RTO-K21USB 2.0 一致性测试夹具和 R&S®RT-ZF1 USB 一致性测试夹具,可用于 USB 2.0/1.1/1.0和 HSIC 接口的一致性测试。得益于 R&S®ScopeSuite,一致性测试可实现全自动化,并且在调试、测试和合规性认证方面提供充分的灵活性。

R&S®RTE/RTO-K60 USB 触发和解码。
R&S®RTE/RTO-K60 USB 触发和解码。
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USB 2.0 触发和解码

适用于 R&S®RTE/RTO 的 R&S®RTE-K60/RTO-K60 选件支持 USB 2.0/1.1/1.0和 HSIC 的协议解码和触发。选件能够快速进行处理、灵活显示解码数据并提供全面的触发事件,非常适合调试具有 USB 接口的嵌入式设计。