CN104459386B - 一种usb数据线测试仪 - Google Patents

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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、第二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、第二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 (6)

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、第二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;
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;
所述输入输出模块包括键盘模块与LCD显示屏模块;
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;
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。
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。
3.根据权利要求2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。
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ESD保护芯片的型号为NUP4114UPXV6。
5.根据权利要求1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。
6.根据权利要求5所述的USB数据线测试仪,其特征在于:所述重配置芯片的型号为EPCS16SI16N,所述指示灯模块为LED指示灯。
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Assignee: Wuzhou Honghu Trade Co.,Ltd.

Assignor: DONGGUAN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022980027691

Denomination of invention: A USB data line tester

Granted publication date: 20171103

License type: Common License

Record date: 20221230

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Application publication date: 20150325

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Assignor: DONGGUAN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980034088

Denomination of invention: A USB data cable tester

Granted publication date: 20171103

License type: Common License

Record date: 20230327

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