CN104459386A - 一种usb数据线测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种USB数据线测试仪，其包括主控模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口以及第二USB接口，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的系统总线接口均与所述主控模块连接，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的USB通信接口分别与所述第一USB接口、第二USB接口连接，所述第一USB接口、第二USB接口用于与被测USB数据线的两USB插头连接。本发明提供的USB数据线测试仪，其对USB数据线进行性能检测时具有测试速度快、测试准确率高等优点,能很好地满足企业生产线对测试USB数据线进行性能检测的需求。

Description

一种USB数据线测试仪

技术领域

本发明涉及一种测试仪，尤其涉及一种USB数据线测试仪。

背景技术

随着智能手机的大量普及，手机USB数据线已成为手机用户必备的用品之一，要么将其用于给手机充电，要么用于连接电脑，进行数据传输。在生产手机USB数据线时，需要对其进行相关性能的检测，主要有基本电气特性检测和传输性能检测。电气特性检测主要是检测数据线连接是否正常，连接电阻大小，各导线之间有没短断路等等，一般使用线材测试仪进行简单的通断测试，即只测试USB数据线的5根导线之间有没有短路，导线是否断路，导线的线电阻大小和导线之间的高压绝缘等等线缆的基本测试项目，但这些测试项目仅仅只是测试其使用导线的特征，作为USB数据线还需要对其进行传输USB数据的性能检测。

性能检测是检测其作为USB数据线传输数据的特征,用于检测其传输数据的性能，目前主要有三种方法对USB数据线进行性能检测：(1)使用误码率分析仪，测试数据线传输数据的误码率，(2)使用示波器观察眼图，(3)连接电脑进行实际数据传输。这三种方法都存在设备成本高，测试速度慢等缺点，使用误码率分析仪至少需要20秒，用示波器观察眼图则约需要30秒，而连接电脑进行实际数据传输更是需要3分钟以上。这样的测试速度根本无法满足生产线的需要，因此企业目前通常只是用其中之一的方法对产品进行抽测，无法对每条数据线都进行检测，从而无法保证每条数据线的传输性能。因此，有必要提供一种测试速度快、准确率高的USB数据线测试仪，以满足企业生产线对测试USB数据线进行性能检测的需求。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种USB数据线测试仪，其对USB数据线进行性能检测时具有测试速度快、测试准确率高等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种USB数据线测试仪，其包括主控模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口以及第二USB接口，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的系统总线接口均与所述主控模块连接，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的USB通信接口分别与所述第一USB接口、第二USB接口连接，所述第一USB接口、第二USB接口用于与被测USB数据线的两USB插头连接；所述第一USB接口芯片模块用于将从所述系统总线接口接收到的数据，将其按照USB通信协议封装为USB数据包后再将其从USB通信接口发送出去，所述第二USB接口芯片模块用于将从所述USB通信接口接收到的USB数据包拆解为所述主控模块可读取的数据包并将其存储，以供所述主控模块从系统总线接口读取；所述主控模块用于产生测试数据并将其发送至所述第一USB芯片接口模块，以及在接收来自第二USB芯片接口模块的数据后，通过比较发送数据与接收数据的差异性来计算出被测USB数据线传输USB数据包的速度V，最终根据所述速度V判断被测USB数据线的传输性能并输出测试结果。

进一步地，所述USB数据线测试仪还包括两ESD保护模块，其中一ESD保护模块串联连接于第一USB接口芯片模块与第一USB接口之间，另一ESD保护模块则串联连接于第二USB接口芯片模块与第二USB接口之间。

优选地，所述的主控模块包括主控芯片、均与所述主控模块连接的电源模块、晶体振荡器、指示灯模块、串口模块、输入输出模块、存储器模块以及重配置芯片。

较佳地，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块中的USB接口芯片的型号为ISP1581；所述ESD保护模块为ESD保护芯片，该ESD保护芯片的型号优选为NUP4114UPXV6。

较佳地，所述主控芯片为FPGA芯片，所述重配置芯片的型号为EPCS16SI16N，所述指示灯模块为LED指示灯；所述输入输出模块包括键盘模块与LCD显示屏模块。

较佳地，所述被测USB数据线传输USB数据包的传输模式为控制传输、批量传输、中断传输或同步传输。

与现有技术相比，本发明提供的USB数据线测试仪，其测试速度快，准确率高，且在测试USB数据线的传输性能时，可根据需要选择控制传输、批量传输、中断传输、同步传输等四种USB数据包的传输方式，使得其更接近USB数据线实际使用过程中的USB数据包的传输方式，使得测量结果更加真实准确，而且其应用范围也更广，能很好地满足企业生产线对测试USB数据线进行性能检测的需求。

附图说明

附图1为本发明实施例中的USB数据线测试仪的结构示意图；

附图2为本发明实施例中的主控模块的结构示意图；

附图3为本发明实施例中的USB接口芯片、ESD保护芯片以及USB接口之间的连接示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1所示，一种USB数据线测试仪，其包括主控模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口以及第二USB接口，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的系统总线接口均与所述主控模块连接，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的USB通信接口分别与所述第一USB接口、第二USB接口连接，所述第一USB接口、第二USB接口则用于与被测USB数据线的两USB插头连接。所述USB数据线测试仪还包括有两ESD保护模块，用于消除在测试仪的使用过程中，USB数据线的USB插头与所述第一USB接口、第二USB接口的拔插过程中产生的静电，其中一ESD保护模块串联连接于第一USB接口芯片模块与第一USB接口之间，另一ESD保护模块则串联连接于第二USB接口芯片模块与第二USB接口之间。

其中，所述第一USB接口芯片模块用于将从所述系统总线接口接收到的数据，将其按照USB通信协议封装为USB数据包后再将其从USB通信接口发送出去，所述第二USB接口芯片模块用于将从所述USB通信接口接收到的USB数据包拆解为所述主控模块可读取的数据包并将其存储，以供所述主控模块从系统总线接口读取；所述主控模块用于产生测试数据并将其发送至所述第一USB芯片接口模块，以及在接收来自第二USB芯片接口模块的数据后，通过比较发送数据与接收数据的差异性来计算出被测USB数据线传输USB数据包的速度V，最终根据所述速度V判断被测USB数据线的传输性能并输出测试结果。

如附图2所示，所述的主控模块包括主控芯片(在本实施例中，主控芯片为FPGA芯片)、均与FPGA芯片连接的电源模块、晶体振荡器、指示灯模块、串口模块、输入输出模块、存储器模块以及重配置芯片。其中，电源模块用于为整个测试仪提供电源，其可输出5V，3.3V，1.2V等多种电压电源，以满足测试仪的各功能模块的工作电压需求；晶体振荡器用于为FPGA芯片提供时钟脉冲信号，本实施例选用频率为50MHz的有源晶体振荡器；指示灯模块采用彩色LED作为指示灯，用于输出指示测试结果(指示被测USB数据线的传输性能测试的合格与否，如LED指示灯亮绿色时为合格，亮红灯时则为不合格)；串口模块用于开发调试以及通信使用，本实施例中，串口模块设置有三个串口，其中一个用于开发调试，另一个用于与上位机通信使用，第三个则用于与其他机器通信使用；输入输出模块包括键盘模块与LCD显示屏模块，分别用于指令和数据信号的输入，人机操作界面和测试功能的输出显示；存储器模块包括有SRAM(静态随机存储器)与FLASH(闪存)，本实施例中，RAM使用了4片512*16Kbit的IS61LV51216组成4Mbit存储器作为系统的内存使用，该芯片为16位总线接口，最快的读写速度为125MHz，可提供250MB/S的读写带宽，满足数据线最高传输速率60MB/s的要求。FLASH则选用具有16MBit的容量的，其型号为AM29LV160B的闪存芯片，作为系统的程序存储器，用于存储系统运行的程序和非易失性数据，该芯片为AMD公司生产的CMOS Flash存储器提供16位的数据宽度，典型的访问时间为50ns,可满足系统的高速运行；重配置芯片的型号为EPCS16SI16N，其提供了16MBit的容量,可满足大规模FPGA设计的重配置要求。

在本实施例中，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块中均由USB接口芯片组成，所述USB接口芯片是一种USB通信接口控制器芯片，其具有系统总线接口与USB通信接口，系统总线接口用于与CPU或是其它微控制器(本实施例为FPGA)连接，USB通信接口则用于与USB接口连接。USB接口芯片能够把从系统总线接口接收到的数据，按照USB通信协议封装为USB数据包并将其从USB通信接口发送出去，并且还能将从USB通信接口接收到的USB数据包拆解为基本的数据包并将其放置到数据缓存中，以供CPU或其它微控制器从系统总线接口读取。因此，第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块由相同的USB接口芯片组成即可，本实施例中，USB接口芯片的型号优选为ISP1581，该芯片是一种价格低、功能强的USB接口器件，符合USB2.0规范，并为基于微控制器或微处理器的系统提供了高速USB通信能力，该芯片的应用原理和具体的管脚连接为现有技术，在此不再详述。

本实施例中的ESD保护模块优选为型号为NUP4114UPXV6的ESD保护芯片，这是一款非常适合USB 2.0高速数据线路ESD保护的芯片。该芯片具有0.8pF的极低电容(I/O线路与地之间的典型电容)，能将USB 2.0高速数据线路中的信号衰减降至最低，同时该芯片满足13kV接触放电的系统级IEC61000-4-2标准，并能承受人体模型3B类(超过8kV)和机器模型C类(超过400V)的CMOS器件级ESD额定脉冲，具有强固的ESD保护性能，因此，其能很好地消除测试器在使用过程中，因USB数据线的USB插头与USB接口的拔插而产生的静电，起到很好的保护作用。本实施中的ESD保护芯片(NUP4114UPXV6)与USB接口芯片(ISP1581)以及USB接口之间的连接关系如附图3所示。

由于现有的USB数据线的使用，其大都是基于USB 2.0规范，因此本实施例中以基于USB 2.0规范来简要说明本USB数据线测试仪的测试原理和方法：测试时，将被测USB数据线两USB插头插入测试仪的两USB接口(即第一USB接口与第二USB接口)，然后在键盘模块中进行相应的操作，可以根据实际需要选择控制传输、批量传输、中断传输、同步传输等四种USB数据包的传输方式中的一种传输方式来测试被测USB数据线的传输性能，以使测量结果更加真实准确；在键盘模块中进行相应的操作进入测试步骤后，主控模块中的FPGA产生相应的测试数据并将其发送至第一USB接口芯片模块，第一USB接口芯片模块将会从系统总线接口接收到的测试数据，将其按照相应的USB通信协议封装为USB数据包后再将其从USB通信接口发送出去，然后通过第一USB接口到达被测USB数据线的一插口，这些USB数据包再从被测USB数据线的另一插口被传输至第二USB接口芯片模块中，第二USB接口芯片模块将接收到的USB数据包拆解为FPGA可读取的数据包并将其缓存，以供所FPGA从第二USB接口芯片模块系统总线接口读取；最后FPGA通过比较发送数据与接收数据的差异性来计算出被测USB数据线传输USB数据包的速度V，最终根据所述速度V判断被测USB数据线的传输性能并输出测试结果，例如基于USB 2.0规范的，其最大传输速率为60MB/s,当计算出被测USB数据线传输USB数据包的速度V小于40MB/s时，则判定该被测USB数据线不合格，否则判定为合格，测试结果可通过指示灯模块中的LED指示灯输出，如合格则亮绿灯，不合格则亮红灯。

通过本USB数据线测试仪来测试USB数据线的传输性能，在进行相应的按键操作进入测试步骤后，通常在2秒内即可完成测试并输出测试结果，相对于目前现有的采用误码率分析仪的测试方法(该方法通常至少需要20秒)，示波器观察眼图法(该方法通常至少需要30秒)，连接电脑进行实际数据传输测试法(该方法通常需要3分钟以上)，其测试速度更快更迅速，而且其测试结果更加真实准确，因为在测试过程中，测试数据是根据USB通信协议(如USB 2.0规范)进行实际数据传输，并且还可以根据实际需要选择控制传输、批量传输、中断传输、同步传输等四种USB数据包的传输方式中的一种传输方式来测试被测USB数据线的传输性能，使其更接近USB数据线实际使用过程中的各种传输场合和传输方式。

需要说明的是，本实施例中所选取的USB接口芯片与ESD保护芯片，以及关于测试原理等，其均是基于USB 2.0规范来进行说明描述，但本发明提供的USB数据线测试仪，并不仅仅限于USB 2.0规范的测试应用，其还可应用于其他USB规范，如USB 1.1，USB 3.0等规范，在应用于不同的USB规范时，只需选择与其相适配的USB接口芯片与ESD保护芯片即可，其测试原理与以上所述的测试原理类似，在此不再一一举例说明。

上述实施例中提到的内容为本发明较佳的实施方式，并非是对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种USB数据线测试仪，其特征在于：所述USB数据线测试仪包括主控模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口芯片模块、第一USB接口以及第二USB接口，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的系统总线接口均与所述主控模块连接，所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块的USB通信接口分别与所述第一USB接口、第二USB接口连接，所述第一USB接口、第二USB接口用于与被测USB数据线的两USB插头连接；

所述第一USB接口芯片模块用于将从所述系统总线接口接收到的数据，将其按照USB通信协议封装为USB数据包后再将其从USB通信接口发送出去，所述第二USB接口芯片模块用于将从所述USB通信接口接收到的USB数据包拆解为所述主控模块可读取的数据包并将其存储，以供所述主控模块从系统总线接口读取；

所述主控模块用于产生测试数据并将其发送至所述第一USB芯片接口模块，以及在接收来自第二USB芯片接口模块的数据后，通过比较发送数据与接收数据的差异性来计算出被测USB数据线传输USB数据包的速度V，最终根据所述速度V判断被测USB数据线的传输性能并输出测试结果。

2.根据权利要求1所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述USB数据线测试仪还包括两ESD保护模块，其中一ESD保护模块串联连接于第一USB接口芯片模块与第一USB接口之间，另一ESD保护模块则串联连接于第二USB接口芯片模块与第二USB接口之间。

3.根据权利要求1或2所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述的主控模块包括主控芯片、均与所述主控模块连接的电源模块、晶体振荡器、指示灯模块、串口模块、输入输出模块、存储器模块以及重配置芯片。

4.根据权利要求3所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述第一USB接口芯片模块、第二USB接口芯片模块中的USB接口芯片的型号为ISP1581。

5.根据权利要求3所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述ESD保护模块为ESD保护芯片。

6.根据权利要求5所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述ESD保护芯片的型号为NUP4114UPXV6。

7.根据权利要求3所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述主控芯片为FPGA芯片。

8.根据权利要求3所述的USB数据线测试仪，其特征在于：，所述重配置芯片的型号为EPCS16SI 16N，所述指示灯模块为LED指示灯。

9.根据权利要求3所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述输入输出模块包括键盘模块与LCD显示屏模块。

10.根据权利要求1所述的USB数据线测试仪，其特征在于：所述被测USB数据线传输USB数据包的传输模式为控制传输、批量传输、中断传输或同步传输。