CN220650856U - 一种usb3.0测试波形触发电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及USB测试技术领域，尤其涉及一种USB3.0测试波形触发电路。在控制芯片和USB3.0芯片的基础上增加压摆率为500V/us以上的高速运算放大器，并且控制芯片的信号输出引脚和USB3.0芯片的测试波形引脚通过高速运算放大器进行电连接，使用高速运算放大器搭建出一个电压跟随器，利用其输入阻抗约为无穷大、输出阻抗低、驱动能力强的特性，并且高速运放能够很好地跟随恢复控制芯片输出波形的上升沿，以满足小于20ns的上升时间以及保持时间在300‑500us以内的要求，输出不同幅值的USB3.0触发信号来切换USB3.0测试波形，方便进行不同平台的USB3.0信号完整性测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及USB测试技术领域，尤其涉及一种USB3.0测试波形触发电路。
背景技术
由于硬件设备的不断更新，现如今对USB接口的速率要求变得越来越高，故USB3.0接口得到了更为广泛的应用。但是在设计USB3.0接口时，避免不了需要对USB3.0接口进行信号完整性测试，以保障接口的使用性能。
USB3.0规范规定针对不同的测试项目需要使用不同的一致性测试码型，比如说眼图/Tj/Dj测量需要使用CP0一致性测试码，SSC(扩频时钟)/Rj测量需要使用CP1测试码，去加重测量需要CP7码，差分信号摆幅测试需要CP8码。
要使被测设备(DUT)正确的输出需要进行测试的码型，需要外部激励信号触发USB3.0接口的芯片(PHY)，使其切换并输出待测试码型。由于USB3.0为高速接口，故芯片(PHY)对外部输入的触发信号有严格要求：上升时间需小于20ns，保持时间在300-500us以内。
现有的方法是使用高端示波器自带的AUX输出接口，对待测试的DUT进行码型切换。然而，示波器自带的AUX输出通常只兼容X86平台电脑的USB3.0接口，并且无法修改输出的触发信号，导致有大部分ARM平台的设备无法正确识别触发信号，导致USB3.0的一致性测试无法进行。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种USB3.0测试波形触发电路，能够输出不同幅值的USB3.0触发信号来切换USB3.0测试波形，方便进行不同平台的USB3.0信号完整性测试。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种USB3.0测试波形触发电路，包括控制芯片U1和USB3.0芯片，还包括压摆率为500V/us以上的高速运算放大器U3，所述控制芯片U1的信号输出引脚与高速运算放大器U3的信号输入引脚电连接，所述高速运算放大器U3的信号输出引脚与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接，所述高速运算放大器U3用于对控制芯片U1的信号输出引脚输出的波形进行处理后传输至USB3.0芯片的测试波形引脚。
进一步的，还包括分压电路和开关切换电路KEY1，所述分压电路的输入端与控制芯片U1的信号输出引脚电连接，所述分压电路的至少两路输出端分别与开关切换电路KEY1的至少两路输入端一一对应电连接，所述开关切换电路KEY1的输出端与高速运算放大器U3的信号输入引脚电连接。
进一步的，所述分压电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；
所述电阻R5的一端和电阻R7的一端分别与控制芯片U1的信号输出引脚电连接，所述电阻R5的另一端与电阻R6的一端电连接，所述电阻R7的另一端与电阻R8的一端电连接，所述电阻R6的另一端和电阻R8的另一端均接地；
所述电阻R6的一端和电阻R8的一端分别与开关切换电路KEY1的两路输入端一一对应电连接。
进一步的，所述控制芯片U1的型号为AT32F413，所述控制芯片U1的第十七引脚分别与电阻R5的一端和电阻R7的一端电连接。
进一步的，所述高速运算放大器U3的型号为OPA859IDSGR；所述开关切换电路KEY1的输出端与高速运算放大器U3的第四引脚电连接。
进一步的，还包括电阻R9，所述开关切换电路KEY1的输出端通过电阻R9与高速运算放大器U3的第四引脚电连接。
进一步的，还包括电阻R10，所述高速运算放大器U3的第六引脚通过电阻R10与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接。
进一步的，还包括一电源和电压转换电路；所述电源的输出电压为5V；所述电压转换电路的输入端与电源电连接，用于将5V转成3.3V输出；所述电源与高速运算放大器U3的供电端电连接，所述电压转换电路的输出端与控制芯片U1的供电端电连接。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型提供的一种USB3.0测试波形触发电路，在现有的控制芯片U1和USB3.0芯片的基础上增加一个压摆率为500V/us以上的高速运算放大器U3，并且所述控制芯片U1的信号输出引脚和USB3.0芯片的测试波形引脚通过高速运算放大器U3进行电连接，所述高速运算放大器U3用于对控制芯片U1的信号输出引脚输出的波形进行处理后传输至USB3.0芯片的测试波形引脚，使用高速运算放大器搭U3建出一个电压跟随器，利用其输入阻抗约为无穷大、输出阻抗低、驱动能力强的特性，并且高速运放能够很好地跟随恢复控制芯片U1输出波形的上升沿，以满足小于20ns的上升时间以及保持时间在300-500us以内的要求，进而代替现有的示波器输出不同幅值的USB3.0触发信号来切换USB3.0测试波形，方便进行不同平台(例如X86平台和RK3568等ARM平台)的USB3.0信号完整性测试，解决示波器AUX输出仅能兼容X86平台的问题。
附图说明
图1为本实用新型的一种USB3.0测试波形触发电路的控制芯片U1的电路图；
图2为本实用新型的一种USB3.0测试波形触发电路的高速运算放大器U3的电路图；
图3为本实用新型的一种USB3.0测试波形触发电路的按键检测和电源指示的电路图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1至图3，本实用新型提供的一种USB3.0测试波形触发电路，包括控制芯片U1和USB3.0芯片，还包括压摆率为500V/us以上的高速运算放大器U3，所述控制芯片U1的信号输出引脚与高速运算放大器U3的信号输入引脚电连接，所述高速运算放大器U3的信号输出引脚与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接，所述高速运算放大器U3用于对控制芯片U1的信号输出引脚输出的波形进行处理后传输至USB3.0芯片的测试波形引脚。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型提供的一种USB3.0测试波形触发电路，在现有的控制芯片U1和USB3.0芯片的基础上增加一个压摆率为500V/us以上的高速运算放大器U3，并且所述控制芯片U1的信号输出引脚和USB3.0芯片的测试波形引脚通过高速运算放大器U3进行电连接，所述高速运算放大器U3用于对控制芯片U1的信号输出引脚输出的波形进行处理后传输至USB3.0芯片的测试波形引脚，使用高速运算放大器搭U3建出一个电压跟随器，利用其输入阻抗约为无穷大、输出阻抗低、驱动能力强的特性，并且高速运放能够很好地跟随恢复控制芯片U1输出波形的上升沿，以满足小于20ns的上升时间以及保持时间在300-500us以内的要求，进而代替现有的示波器输出不同幅值的USB3.0触发信号来切换USB3.0测试波形，方便进行不同平台(例如X86平台和RK3568等ARM平台)的USB3.0信号完整性测试，解决示波器AUX输出仅能兼容X86平台的问题。
进一步的，还包括分压电路和开关切换电路KEY1，所述分压电路的输入端与控制芯片U1的信号输出引脚电连接，所述分压电路的至少两路输出端分别与开关切换电路KEY1的至少两路输入端一一对应电连接，所述开关切换电路KEY1的输出端与高速运算放大器U3的信号输入引脚电连接。
从上述描述可知，先将控制芯片U1输出的波形使用电阻网络进行分压，得到600mV和1200mV，由于电阻分压后的信号存在输出阻抗大，驱动能力弱的缺点，无法满足20ns内的上升时间要求。所以需要配合开关切换电路KEY1选择不同幅值的信号，输入高速运算放大器U3。
进一步的，所述分压电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；
所述电阻R5的一端和电阻R7的一端分别与控制芯片U1的信号输出引脚电连接，所述电阻R5的另一端与电阻R6的一端电连接，所述电阻R7的另一端与电阻R8的一端电连接，所述电阻R6的另一端和电阻R8的另一端均接地；
所述电阻R6的一端和电阻R8的一端分别与开关切换电路KEY1的两路输入端一一对应电连接。
从上述描述可知，通过上述电路设计，实现分压功能。
进一步的，所述控制芯片U1的型号为AT32F413，所述控制芯片U1的第十七引脚分别与电阻R5的一端和电阻R7的一端电连接。
从上述描述可知，采用型号为AT32F413的集成芯片作为本方案的控制芯片U1。
进一步的，所述高速运算放大器U3的型号为OPA859IDSGR；所述开关切换电路KEY1的输出端与高速运算放大器U3的第四引脚电连接。
从上述描述可知，采用型号为OPA859IDSGR的集成芯片作为本方案的高速运算放大器U3。
进一步的，还包括电阻R9，所述开关切换电路KEY1的输出端通过电阻R9与高速运算放大器U3的第四引脚电连接。
从上述描述可知，设置电阻R9起到分压和保护电路的作用。
进一步的，还包括电阻R10，所述高速运算放大器U3的第六引脚通过电阻R10与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接。
从上述描述可知，设置电阻R10起到分压和保护电路的作用。
进一步的，还包括一电源和电压转换电路；所述电源的输出电压为5V；所述电压转换电路的输入端与电源电连接，用于将5V转成3.3V输出；所述电源与高速运算放大器U3的供电端电连接，所述电压转换电路的输出端与控制芯片U1的供电端电连接。
从上述描述可知，由于控制芯片U1以及高速运算放大器U3所需要的供电电压不同，故需要5V的电源为高速运算放大器U3提供电源，并且配置一电压转换电路，用于将5V转成3.3V输出，3.3V为控制芯片U1提供电源。
请参照图1至图3，本实用新型的实施例一为：
一种USB3.0测试波形触发电路，包括控制芯片U1、USB3.0芯片、压摆率为500V/us以上的高速运算放大器U3、分压电路和开关切换电路KEY1；
在本实施例中，控制芯片U1的型号为AT32F413，高速运算放大器U3的型号为OPA859IDSGR；
控制芯片U1使用高性能单片机IO口翻转速度快的特性来输出被测设备(DUT)码型切换波形。控制芯片U1通过检测外部按键，若按键正常按下触发，则将波形输出的IO接口设置为高电平，并开启定时器设定450us后将波形输出IO接口设置为低电平，使用此部分电路来提供波形触发切换的原波形。
所述分压电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；电阻R5的阻值为4.5KΩ，电阻R6的阻值为1KΩ，电阻R7的阻值为1.75KΩ，电阻R8的阻值为1KΩ；
所述控制芯片U1的信号输出引脚(即第十七引脚)分别与电阻R5的一端和电阻R7的一端电连接；所述电阻R5的另一端与电阻R6的一端电连接，所述电阻R7的另一端与电阻R8的一端电连接，所述电阻R6的另一端和电阻R8的另一端均接地；所述电阻R6的一端和电阻R8的一端分别与开关切换电路KEY1的两路输入端一一对应电连接。
所述开关切换电路KEY1的输出端与高速运算放大器U3的信号输入引脚(即第四引脚)电连接。具体的，为了达到保护电路的作用，还设计电阻R9，所述开关切换电路KEY1的输出端通过电阻R9与高速运算放大器U3的第四引脚电连接。
所述高速运算放大器U3的信号输出引脚与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接，所述高速运算放大器U3用于对控制芯片U1的信号输出引脚输出的波形进行处理后传输至USB3.0芯片的测试波形引脚。具体的，为了达到保护电路的作用，还设计电阻R10，所述高速运算放大器U3的第六引脚通过电阻R10与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接。
控制芯片U1的IO接口输出的信号幅值通常为3.3V，这超过了X86平台以及ARM平台的输入幅值要求，所以需要波形处理电路来降低波形幅值。这部分电路主要使用压摆率：500V/us以上的高速运算放大器U3来实现。先将控制芯片U1的IO输出的波形使用电阻网络进行分压，得到600mV和1200mV，由于电阻分压后的信号存在输出阻抗大，驱动能力弱的缺点，无法满足20ns内的上升时间要求。所以需要通过开关切换电路KEY1选择不同幅值的信号，输入高速运算放大器U3。使用高速运算放大器U3搭建出一个电压跟随器，利用其输入阻抗约为无穷大、输出阻抗低、驱动能力强的特性，并且高速运放能够很好地跟随恢复单片机输出波形的上升沿，以满足20ns的上升时间要求。
由于控制芯片U1以及高速运算放大器U3所需要的供电电压不同，因此设置一电源和电压转换电路；所述电源的输出电压为5V；所述电压转换电路的输入端与电源电连接，用于将5V转成3.3V输出；所述电源与高速运算放大器U3的供电端电连接，所述电压转换电路的输出端与控制芯片U1的供电端电连接。故需要5V的电源为高速运算放大器U3提供电源，并且配置一电压转换电路，用于将5V转成3.3V输出，3.3V为控制芯片U1提供电源。
通过以上电路相互组合，即可实现对被测设备进行USB3.0测试码型切换，并可通过开关来切换不同幅值的触发波形，来兼容不同的测试平台，解决示波器AUX输出仅能兼容X86平台的问题。
测试时，将被测设备的USB3.0接口中的RX+、5V和GND引出，接入USB3.0波形触发电路。被测设备设置相应接口进入测试状态，被测设备USB3.0的TX+与TX-接入示波器，并调整至初始波形完整显示。然后点击USB3.0波形触发电路，观察切换输出的波形，与将要测试的项目波形模板一致即可进行对应的测试项。
需要说明的是：图1中还包括控制芯片U1的外围电路设计，均采用型号为AT32F413的集成芯片的常规外围配置，具体如图1所示。即控制芯片U1的18与19引脚为按键检测以及电源指示功能，控制芯片U1的12、13、34、37引脚为下载固件与调试的接口。
图2中还包括高速运算放大器U3的外围电路设计，均采用型号为OPA859IDSGR的集成芯片的常规外围配置，具体如图2所示。图3为按键检测和电源指示相关电路设计，所使用的元器件以及连接方式均如图3所示。
综上所述，本实用新型提供的一种USB3.0测试波形触发电路，在现有的控制芯片U1和USB3.0芯片的基础上增加一个压摆率为500V/us以上的高速运算放大器U3，并且所述控制芯片U1的信号输出引脚和USB3.0芯片的测试波形引脚通过高速运算放大器U3进行电连接，所述高速运算放大器U3用于对控制芯片U1的信号输出引脚输出的波形进行处理后传输至USB3.0芯片的测试波形引脚，使用高速运算放大器搭U3建出一个电压跟随器，利用其输入阻抗约为无穷大、输出阻抗低、驱动能力强的特性，并且高速运放能够很好地跟随恢复控制芯片U1输出波形的上升沿，以满足小于20ns的上升时间以及保持时间在300-500us以内的要求，进而代替现有的示波器输出不同幅值的USB3.0触发信号来切换USB3.0测试波形，方便进行不同平台(例如X86平台和RK3568等ARM平台)的USB3.0信号完整性测试，解决示波器AUX输出仅能兼容X86平台的问题。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种USB3.0测试波形触发电路，包括控制芯片U1和USB3.0芯片，其特征在于，还包括压摆率为500V/us以上的高速运算放大器U3，所述控制芯片U1的信号输出引脚与高速运算放大器U3的信号输入引脚电连接，所述高速运算放大器U3的信号输出引脚与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接，所述高速运算放大器U3用于对控制芯片U1的信号输出引脚输出的波形进行处理后传输至USB3.0芯片的测试波形引脚。
2.根据权利要求1所述的USB3.0测试波形触发电路，其特征在于，还包括分压电路和开关切换电路KEY1，所述分压电路的输入端与控制芯片U1的信号输出引脚电连接，所述分压电路的至少两路输出端分别与开关切换电路KEY1的至少两路输入端一一对应电连接，所述开关切换电路KEY1的输出端与高速运算放大器U3的信号输入引脚电连接。
3.根据权利要求2所述的USB3.0测试波形触发电路，其特征在于，所述分压电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；
所述电阻R5的一端和电阻R7的一端分别与控制芯片U1的信号输出引脚电连接，所述电阻R5的另一端与电阻R6的一端电连接，所述电阻R7的另一端与电阻R8的一端电连接，所述电阻R6的另一端和电阻R8的另一端均接地；
所述电阻R6的一端和电阻R8的一端分别与开关切换电路KEY1的两路输入端一一对应电连接。
4.根据权利要求3所述的USB3.0测试波形触发电路，其特征在于，所述控制芯片U1的型号为AT32F413，所述控制芯片U1的第十七引脚分别与电阻R5的一端和电阻R7的一端电连接。
5.根据权利要求4所述的USB3.0测试波形触发电路，其特征在于，所述高速运算放大器U3的型号为OPA859IDSGR；所述开关切换电路KEY1的输出端与高速运算放大器U3的第四引脚电连接。
6.根据权利要求5所述的USB3.0测试波形触发电路，其特征在于，还包括电阻R9，所述开关切换电路KEY1的输出端通过电阻R9与高速运算放大器U3的第四引脚电连接。
7.根据权利要求5所述的USB3.0测试波形触发电路，其特征在于，还包括电阻R10，所述高速运算放大器U3的第六引脚通过电阻R10与USB3.0芯片的测试波形引脚电连接。
8.根据权利要求5所述的USB3.0测试波形触发电路，其特征在于，还包括一电源和电压转换电路；所述电源的输出电压为5V；所述电压转换电路的输入端与电源电连接，用于将5V转成3.3V输出；所述电源与高速运算放大器U3的供电端电连接，所述电压转换电路的输出端与控制芯片U1的供电端电连接。
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