CN107832174A - 一种针对usb高速信号的闭环分析方法与系统 - Google Patents

一种针对usb高速信号的闭环分析方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种针对USB高速信号的闭环分析方法与系统，所述方法包括：搭建USB信号测试框架，利用USB信号测试工具按照所述测试框架进行测试，获取实测眼图；获取USB信号拓扑结构，根据所述拓扑结构获取仿真眼图；比对实测眼图和仿真眼图是否相符，如果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足。本发明通过对USB3.2高速信号进行仿真和测试，将仿真和实测相结合，形成闭环，避免了传统USB分析中，仿真和测试脱离的情况，通过仿真和实测的结合，可以有效进行USB信号分析，验证传输设备是否能满足高速USB3.2的传输速率要求。并且采用眼图的形式进行分析对比，更加直观。

Description

一种针对USB高速信号的闭环分析方法与系统
技术领域
本发明涉及信号传输领域，特别是一种针对USB高速信号的闭环分析方法与系统。
背景技术
随着苹果、惠普、英特尔和微软等科技公司组成的USB联盟公布了USB3.2的标准，以此来代替目前的USB3.1标准，并且根据公布的细节显示，USB Type-C线缆已经支持多通道操作。从USB3.1升级到USB3.2标准后，主机设备和外界设备可以采用多通道解决方案，也就是支持两条通道为5Gb/s或10Gb/s的传输速度。由于支持两条通道10Gb/s的传输速度，与目前的USB-C线缆相比，USB3.2的传输速率将提升一倍，并且由于使用SuperSpeed USB层数据速率和编码技术，可实现单通道和双通道操作之间的无缝转换。
现有的技术方案没有对USB3.2有较多的研究，随着传输速率的提升，对高速设备的运行状况提出了更高的要求，而这些设备能否满足USB3.2的速率要求不能够确定，因此需要对采用USB3.2标准进行信号传输的设备进行测试分析，且在传统USB分析中，信号仿真和实测分别作为独立的单元，造成仿真和测试脱离，从而USB信号分析有效性低。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对USB高速信号的闭环分析方法与系统，旨在解决传统USB分析中仿真和测试脱离的情况，提高USB信号分析有效性，且更加直观。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种针对USB高速信号的闭环分析方法，包括以下步骤：
搭建USB信号测试框架，利用USB信号测试工具按照所述测试框架进行测试，获取实测眼图；
获取USB信号拓扑结构，根据所述拓扑结构获取仿真眼图；
比对实测眼图和仿真眼图是否相符，如果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足。
优选地，所述测试框架为将主机设备以及外接设备通过USB线缆连接，USB线缆的两端分别通过连接器与主机设备的信号发送接线端和外接设备的信号接收接线端连接，在主机设备的信号发送接线端以及外接设备的信号接收接线端分别设置两个测试点。
优选地，所述拓扑结构为USB信号为从主机设备中的PCH芯片到达外接设备的前控板，中间分别经过主机设备的CHOKE芯片、ESD芯片、连接器和外接设备的连接器以及USB线缆。
优选地，所述比对实测眼图和仿真眼图是否相符具体为：分别比对两种眼图的眼高和眼宽的数值大小，两种眼图的眼高值之差小于20mv且眼宽值之差小于20ps。
本发明还提供了一种针对USB高速信号的闭环分析系统，包括：
实测模块，用于搭建USB信号测试框架，利用USB信号测试工具按照所述测试框架进行测试，获取实测眼图；
仿真模块，用于获取USB信号拓扑结构，根据所述拓扑结构获取仿真眼图；
比对模块，用于比对实测眼图和仿真眼图是否相符，如果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足。
优选地，所述测试框架为将主机设备以及外接设备通过USB线缆连接，USB线缆的两端分别通过连接器与主机设备的信号发送接线端和外接设备的信号接收接线端连接，在主机设备的信号发送接线端以及外接设备的信号接收接线端分别设置两个测试点。
优选地，所述拓扑结构为USB信号为从主机设备中的PCH芯片到达外接设备的前控板，中间分别经过主机设备的CHOKE芯片、ESD芯片、连接器和外接设备的连接器以及USB线缆。
优选地，所述比对模块包括眼高比对单元和眼宽比对单元；
所述眼高比对单元，用于比对实测眼图和仿真眼图的眼高；
所述眼宽比对单元，用于比对实测眼图和仿真眼图的眼宽。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过对USB3.2高速信号进行仿真和测试，将仿真和实测相结合，形成闭环，避免了传统USB分析中，仿真和测试脱离的情况，通过仿真和实测的结合，可以有效进行USB信号分析，验证传输设备是否能满足高速USB3.2的传输速率要求。并且采用眼图的形式进行分析对比，更加直观。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种针对USB高速信号的闭环分析方法流程图；
图2为本发明实施例中所提供的一种USB信号的测试框架示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种USB信号拓扑结构示意图；
图4为本发明实施例中所提供的一种根据测试框架进行测试获取的实测眼图；
图5为本发明实施例中所提供的一种根据拓扑结构获取的仿真眼图；
图6为本发明实施例中所提供的一种针对USB高速信号的闭环分析系统结构框图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种针对USB高速信号的闭环分析方法与系统进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种针对USB高速信号的闭环分析方法，包括以下步骤：
搭建USB信号测试框架，利用USB信号测试工具按照所述测试框架进行测试，获取实测眼图；
获取USB信号拓扑结构，根据所述拓扑结构获取仿真眼图；
比对实测眼图和仿真眼图是否相符，如果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足。
USB传输线缆采用四线电缆，其中两根线缆是用来传送数据的串行通道，另外两根线缆为下游设备提供电源，对于任何已经成功连接且相互识别的外接设备，将以双方设备均能支持的最高速率进行数据传输。USB总线会根据外接设备的情况在所兼容的传输模式中自动地由高速向低速动态转换且匹配锁定在合适的速率。
通过USB信号测试工具，测量主机设备到外接设备之间USB信号，以获取信号眼图。
所述USB信号测试工具能够分析USB总线和与之相连的USB设备之间的连接状况，监控包括USB控制器、USB集线器和USB设备的连接、请求和运行情况，其具备USB数据包抓取、USB设备类别分析等功能，适合检测主机方的USB控制协议。
搭建USB信号的测试框架，并利用所述USB信号测试工具进行测试，所述测试框架如图2所示，通过此测试框架，可以方便的得到USB信号在输入端和输出端信号情况。所述测试框架为将主机设备以及外接设备通过USB线缆连接，USB线缆的两端分别通过连接器与主机设备的信号发送接线端和外接设备的信号接收接线端连接，在主机设备的信号发送接线端以及外接设备的信号接收接线端分别设置两个测试点，如图2中TP1、TP2、TP3和TP4所示。通过测试点TP1、TP2、TP3和TP4的测量情况，可以比较发送端和接收端的信号情况。
在搭建好测试框架后，确认可以正常开机。确定示波器当前状态，进行探头校准，并将USB信号测试工具一端接测试点，一端连入示波器探头。设定示波器参数，生成眼图。通过该测试框架可以获得USB信号的实际运行眼图，即实测眼图，从而根据眼图对USB传输进行信号分析。
获取USB信号拓扑结构，所述USB信号拓扑结构如图3所示，所述拓扑结构为USB信号为从主机设备中的PCH芯片到达外接设备的前控板，中间分别经过主机设备的CHOKE芯片、ESD芯片、连接器和外接设备的连接器以及USB线缆。通过该拓扑结构可以获取仿真数据，即仿真眼图。
仿真过程如下：在信号输入端输入一段随机码，在经过IBIS模型等效的PCH芯片、高速线段等效模型、过孔等效模型以及同样用IBIS模型等效的CHOKE、ESD芯片等最后到达信号接收端，将这些模型通过Hspice软件连接起来，得到USB信号拓扑结构的等效电路图，并通过Hspice软件自带的测量工具获得仿真眼图。
所述实测眼图如图4所示，获知实测眼图的眼高为724mv，眼宽为1997ps。所述实测眼图的标准为图中菱形区域与线型区域不能有交集，否则实测结果不准确。
所述仿真眼图如图5所示，通过Hspice软件自带的测量工具，可以获知仿真眼图的眼高为728mv，眼宽为2008ps。
对比仿真眼图和实测眼图，通过眼图的眼高和眼宽的数值来进行对比，从而获知仿真结果和实测结果是否相符，具体标准为两种眼图的眼高值之差小于20mv且眼宽值之差小于20ps。从而实现高速USB信号分析，如果仿真结果与实测结果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足USB3.2的速率要求。
本发明实施例通过对USB3.2高速信号进行仿真和测试，将仿真和实测相结合，形成闭环，避免了传统USB分析中，仿真和测试脱离的情况，通过仿真和实测的结合，可以有效进行USB信号分析，验证传输设备是否能满足高速USB3.2的传输速率要求。并且采用眼图的形式进行分析对比，更加直观。
如图6所示，本发明实施例还公开了一种针对USB高速信号的闭环分析系统，包括：实测模块、仿真模块和比对模块。
所述实测模块，用于搭建USB信号测试框架，利用USB信号测试工具按照所述测试框架进行测试，获取实测眼图；
所述测试框架为：两块电路板通过USB线缆连接，线缆通过电路板的连接器连接，信号从发送端发出经发送端连接器、USB线缆、接收端连接器到达接收端，在发送端信号发送接线端以及接收端的信号接收接线端分别设置两个测试点，如图2中TP1、TP2、TP3和TP4所示。通过测试点TP1、TP2、TP3和TP4的测量情况，可以比较发送端和接收端的信号情况。通过该测试框架并利用所述USB信号测试工具进行测试可以获得USB信号的实际运行眼图，即实测眼图，从而根据眼图对USB传输进行信号分析。
所述仿真模块，用于获取USB信号拓扑结构，根据所述拓扑结构获取仿真眼图；
获取USB信号拓扑结构，所述USB信号拓扑结构如图3所示，USB信号为从电路板中PCH芯片到达前控板，中间分别经过CHOKE、ESD芯片以及连接器和线缆。通过该拓扑结构可以获取仿真数据，即仿真眼图。
所述比对模块，用于比对实测眼图和仿真眼图是否相符，如果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足。
所述比对模块包括眼高比对单元和眼宽比对单元；
所述眼高比对单元，用于比对实测眼图和仿真眼图的眼高；
所述眼宽比对单元，用于比对实测眼图和仿真眼图的眼宽。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对USB高速信号的闭环分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
搭建USB信号测试框架，利用USB信号测试工具按照所述测试框架进行测试，获取实测眼图；
获取USB信号拓扑结构，根据所述拓扑结构获取仿真眼图；
比对实测眼图和仿真眼图是否相符，如果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足。
2.根据权利要求1所述的一种针对USB高速信号的闭环分析方法，其特征在于，所述测试框架为将主机设备以及外接设备通过USB线缆连接，USB线缆的两端分别通过连接器与主机设备的信号发送接线端和外接设备的信号接收接线端连接，在主机设备的信号发送接线端以及外接设备的信号接收接线端分别设置两个测试点。
3.根据权利要求1所述的一种针对USB高速信号的闭环分析方法，其特征在于，所述拓扑结构为USB信号为从主机设备中的PCH芯片到达外接设备的前控板，中间分别经过主机设备的CHOKE芯片、ESD芯片、连接器和外接设备的连接器以及USB线缆。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种针对USB高速信号的闭环分析方法，其特征在于，所述比对实测眼图和仿真眼图是否相符具体为：分别比对两种眼图的眼高和眼宽的数值大小，两种眼图的眼高值之差小于20mv且眼宽值之差小于20ps。
5.一种针对USB高速信号的闭环分析系统，其特征在于，包括：
实测模块，用于搭建USB信号测试框架，利用USB信号测试工具按照所述测试框架进行测试，获取实测眼图；
仿真模块，用于获取USB信号拓扑结构，根据所述拓扑结构获取仿真眼图；
比对模块，用于比对实测眼图和仿真眼图是否相符，如果相符，则传输设备可以满足USB3.2的速率要求；否则，不能满足。
6.根据权利要求5所述的一种针对USB高速信号的闭环分析系统，其特征在于，所述测试框架为将主机设备以及外接设备通过USB线缆连接，USB线缆的两端分别通过连接器与主机设备的信号发送接线端和外接设备的信号接收接线端连接，在主机设备的信号发送接线端以及外接设备的信号接收接线端分别设置两个测试点。
7.根据权利要求5所述的一种针对USB高速信号的闭环分析系统，其特征在于，所述拓扑结构为USB信号为从主机设备中的PCH芯片到达外接设备的前控板，中间分别经过主机设备的CHOKE芯片、ESD芯片、连接器和外接设备的连接器以及USB线缆。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种针对USB高速信号的闭环分析系统，其特征在于，所述比对模块包括眼高比对单元和眼宽比对单元；
所述眼高比对单元，用于比对实测眼图和仿真眼图的眼高；
所述眼宽比对单元，用于比对实测眼图和仿真眼图的眼宽。
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