USB4LRDアクティブケーブルのテストと認証
Oct 25, 2021
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USB4アクティブケーブルの仕様は、USBType-Cコネクタとケーブルの仕様に従います。 現在、最新バージョンはRev.2.1です。 EPR（拡張電力範囲）ケーブルの定義が追加され、以前のアクティブケーブルのECN（エンジニア変更通知）がこのバージョンに統合されています。 &＃39; sでUSBType-Cアクティブケーブルを見てみましょう。
USB3.2ショートアクティブケーブル
USB4ショートアクティブケーブル
USB 3.2光絶縁アクティブケーブル（OIAC）
その中でも、OIACは長さ50メートルの光ファイバーケーブルです。 現在、USB 3.2 Gen2の速度を最大でサポートできると定義されています（ただし、USB2.0およびVBUS電源はサポートしていません）。これは主に、産業用エンド、マシンビジョン、リモートセンサー、プロのビデオおよび医療アプリケーションに使用されます。 ただし、USB4リニアオプティカルアクティブケーブルの電気的仕様は定義されていません。 次に、短いアクティブケーブルの部分を紹介します。
短いアクティブケーブルアクティブケーブル
長さ5メートル以内
フル機能のタイプCおよびUSBPD 3.0eMarkerが必要です
双方向および正と負の挿入をサポートする必要があります
サポート機能に応じて、USB3.2とUSB4アクティブケーブルに分けることができます
USB 3.2アクティブケーブル：
-USB 3.2 Gen 2x2（10GHzデュアルチャネル）をサポートする必要があります
*シングルチャネル（x1）のみをサポートするアクティブケーブルは許可されていません
-Altモードのオプションのサポート
USB4アクティブケーブル：
-すべてのUSB3.2およびUSB4速度（デュアルチャネル）がサポートされている必要があります
-Tbt3altモードをサポートする必要があります
VBUS、vconn、CC、およびUSB 2.0の配線要件は、パッシブケーブルの要件と一致しています。
アクティブケーブルはvconnから電力を供給される必要があります
アクティブケーブルには、主に高速信号TX1、TX2、rx1、およびrx2用のリタイマーやリドライバーなどのリピーターコンポーネントが含まれています。 再タイマーの開発は複雑で費用がかかります。 リドライバが主流のリニアリドライバケーブル（LRD）は、複雑さが低く、消費電力が少なく、コストが低いという特徴があります。 後にUSBエコシステムに追加され、USB Type-C仕様に含まれるようになりましたが、LRDケーブルが最初に市場に導入されました。 たとえば、40Gbpsの2メートルのThunderbolt 4ケーブルは、USB4をサポートするLRDケーブルです。
LRDケーブルの主要コンポーネントには、RXイコライザーと出力ドライバーが含まれ、それぞれ、下の図に示すように、ケーブル損失の補正、DCゲインの調整、および出力プリエンファシスと信号のサイズの調整を行います。
LRDケーブルにはCDR（クロックデータリカバリ）がないため、ケーブル入力で受信したジッターとノイズはケーブル出力に転送されます。 同時に、RXEQは高周波ノイズも増幅する可能性があります。 アクティブコンポーネントが追加されているため、パッドカードのインピーダンスは不連続になります。 ケーブルが長いだけでなく、製造工程で長さの不一致や大きなpnスキューが発生しやすく、ACコモンモードが仕様を超えてしまいます。 以上の点を踏まえ、設計にあたっては以下の点を考慮します。
ケーブルに起因する高周波ノイズ
ケーブル内のEQが適切にバランスされているかどうか、信号が不十分またはオーバーバランスされているかどうか。
アクティブケーブル内の追加コンポーネントのインピーダンス整合
ケーブル高速ペアのPnスキュー
LRDケーブル機能のサポートとeMarkerの発表
USBType-Cコネクタ&アンプの表6-3に記載されています。 ケーブルRev2.1仕様（表2に示す）、USB4パッシブケーブルおよびUSB4アクティブケーブル（OIACを除く）は、USB4、usb3、USB2、およびtbt3をサポートする必要があります。
特に、USB4 LRDケーブルはアクティブケーブルですが、eMarkerのIDヘッダーVDO設定では、B29 ... B27をパッシブケーブル（011b）として宣言し、パッシブケーブルVDOを使用して宣言する必要があります。 LRDケーブルは後の段階でUSB仕様に組み込まれたため、主に市販のtbt3製品と互換性があります。 パッシブとして宣言する必要があります。 製品タイプはパッシブとして宣言されていますが、tbt3検出はUSB4 Discover_ SVID（0x8087）の通信プロセスで続行され、& quot; USB4 with tbt3gen3アクティブケーブル& quot;であるかどうかを判断します。
Usb-新しいUSB4ロゴとアイコンをリリースする場合
Usb-ifはシアトルでUSBdevdays 2021セミナーを開催し（9月30日から10月1日）、以下に示すように、EPR（拡張電力範囲）仕様と組み合わせたUSBType-Cケーブルの定格電力の新しいロゴとアイコンをリリースしました。以下の表を参照してください。これにより、ユーザーはUSB製品でサポートされている速度と電力をすばやく特定できます。 元々100W（20V / 5A）をサポートしていたケーブルは使用されなくなりました。 5Aをサポートするケーブルは、EPR 240W（48V / 5A）をサポートする必要があります。
表3：新しい認定済みUSB Type-Cケーブルのロゴとアイコン（出典：usbdevdays 2021）
LRDケーブルアクティブケーブルは、ケーブルサポートの長さを長くするためにアクティブコンポーネントリドライバーを追加します。 実際の使用と認証テストでは、LRDケーブルの性能はパッシブケーブルの性能と一致するか、それよりも優れている必要があるという概念があります。 つまり、同じテスト環境設定では、パッシブケーブルと比較した場合、lrdcableはパッシブケーブル以上である必要があります。
LRD認定試験項目は次のとおりです。
USB-c機能テスト
USB PDe-markerテスト
アクティブケーブル電源：IRドロップと消費電力
熱過熱保護
LRD電気特性試験
LRDケーブル互換性テスト（まだ議論中）
詳細なLRDケーブルの電気的テストは次のとおりです。
1.Usb-c機能テスト
USB-C機能テストの仕様によると、ケーブルテストは次のとおりです。
TD4.1.3電源なしケーブルテスト
TD4.13.5ケーブルEnterUSBおよびデータリセットテスト
TD 4.14.x
TD4.14.1ケーブルVconnスワップテスト
TD4.14.2ケーブルリセットテスト
TD4.14.3ケーブル代替モードテスト
TD4.14.4ケーブルUSB3.2テスト
TD4.14.5ケーブルUSB4テスト
2. USB PD：eマーカーテスト
USB PD CTSによると、ケーブルに関連する次の3つの項目をテストします。
一般的な手順とチェック
物理層固有のテスト
プロトコル固有のテスト
LRDケーブルはtbt3をサポートし、tbt3アナウンスとSOP応答が正しいかどうかを確認する必要があります
Cable SOP'DiscoverIdentity応答
[IDヘッダーVDO] B26（モデル操作）を1b（altモード）に設定
[IDヘッダーVDO] B29..27（製品タイプ）を11b（パッシブケーブル）に設定
【ケーブルVDO】B2..0（USB最高速度）を010b（USB3.2 / USB4 Gen2）に設定
ケーブルSOPのTBT検出モードVDO応答
B20..19（丸め/丸め&アンプ、なし）を01b（両方）に設定
B21（光学/なし）を0（なし）に設定
B22（リタイマー/リドライバー）を0b（リドライバー）に設定
B23（ユニ/双方向）を1b（ユニ）に設定
B25（アクティブ/パッシブ）から1b（アクティブ）
3.アクティブケーブルの電力要件
3.1。 VBUSおよびアースケーブルのIRドロップ仕様は、パッシブケーブルのIRドロップ仕様と同じです。
VBUS IRドロップ：≤500mV
グラウンドIRドロップ：≤250mV
3.2。 アクティブケーブルの電源は主にvconnを介して供給され、最大消費電力は制限されています
vconn≤1.5Wで消費される電力
4.熱試験
安全上の理由から、温度検知はアクティブケーブルの内部に設定する必要があります。 アクティブケーブルのプラスチックシェルの表面温度が80℃に達したとき、または金属の表面温度が55℃に達したとき。USB3.2/ usb4データ転送を停止する必要があります。
さらに、アクティブケーブルプラグの表面温度とシェル表面の最高作動温度は、周囲温度を30℃超えてはなりません。または金属シェル表面温度は15℃です。
アクティブケーブルのプラスチックシェルの表面温度（TS）には、主に、接続されているホストとデバイスのマザーボードの動作温度（TMB）、ケーブルのアクティブコンポーネント、および現在の周囲温度（TA）が含まれます。 実際の認証テストは、主に表面温度（TS）とサーマルシャットダウンの2つの部分に分かれています。 テスト環境を次の図に示します。
4.1表面温度（Ts）
表面温度
図3に示すように、接続をテストし、室温で熱テストフィクスチャヒーターボードを介してホスト/デバイスのマザーボードをシミュレートし、TMBの温度を（TA+25）℃に上昇させます。次に、アクティブケーブルを接続し、ホストからデバイスへの全負荷（高速データ送信とPD 100Wの同時負荷を含む）。 このとき、赤外線カメラを使用してケーブルプラグの最高温度領域を見つけ（図4）、& quot;サーマルカップル& quot;を貼り付けます。 温度テストのためにこの高温でパッチを当てます（図5）。 ケーブルプラグのプラスチックシェルの表面温度を検出し、テストに合格したかどうかを判断します。TS& lt; TA+30℃。
図4：最高温度領域を見つけるための赤外線カメラ
図5：& quot; ThermalCouple" パッチが最も高温の領域に付着しました。
4.2サーマルシャットダウン過熱保護
過熱保護のテスト環境は上記と同じです。 また、ケーブルプラグのプラスチックシェルには加熱パッチがコーティングされています（図6）。 加熱パッチを室温で加熱し始めます。 温度が85℃℃に達すると、テスト結果が決定されます。アクティブケーブルはUSB 3.2 / usb4データ送信を停止する必要があります。
図6：フレキシブルヒーター加熱パッチ
注：アクティブケーブルの熱試験装置および関連アクセサリについては、OD Liao @ luxshare-ict.comにお問い合わせください。
電気テスト
LRDケーブルの場合、パッシブケーブルはUSB 2.0、SBU、およびCCケーブル構成で引き続き使用されます。 試験方法・仕様はパッシブケーブルと同じです。 高速信号ペアTX1 / rx1 / TX2 / rx2には、リドライバアクティブコンポーネントが装備されています。 テスト仕様は、LRDアクティブケーブルCTSバージョン0.8に準拠しています。 テスト項目は、主に次の3つの項目に分けられます。
周波数領域テスト
時間領域–ケーブルスタンドアロンケーブルテスト
時間領域–ケーブル出力視力検査
5.1周波数領域テスト
統合リターンロス（IRL）
統合マルチリフレクション（IMR）
チャネル運用マージン（COM）
図7：ベクトルネットワークアナライザのVNAによってキャプチャされたSパラメータの接続図
周波数領域の試験項目については、試験方法はパッシブケーブルと同じです。 SパラメータはベクトルネットワークアナライザVNAによって取得されます。 高速差動ペア用に8つのs4pファイル（TX1 / rx1 / TX2 / rx2、双方向）があり、分析用にget_ iPar_V0p91aソフトウェアを使用します。
5.2時間領域–ケーブルスタンドアロンテスト
ケーブル不適合マスク（DC / F1 / NQ / F2 / F3 / WB）：挿入損失
OUTPUT_ノイズ（𝝈）：出力ノイズの標準偏差（非線形ノイズを除く）
SIGMA_ E（𝝈）：出力非線形ノイズの標準偏差
ケーブルCM_ノイズ：ACコモンモード
ケーブル本体テスト（システムISIとジッターを除く）は、主にケーブル自体の挿入損失、出力ノイズ、非線形ノイズ、およびACコモンモードをテストします。 テスト接続を次の図に示します。 TP2出力（表4に示す）の下で、パターン、スイング、ジッターなし、SSCなし、&などのTX EQ設定なしquot;パターン：prbs15、スイング800mv、SSCオフ、ジッターオフ、プリセット0 [GG ] quot;、信号発生器は最初にテスト用の最悪の場合のパッシブケーブルを接続し、オシロスコープは波形をキャプチャします*。 ビンに入れ、テスト用にLRDケーブルに変更し、ソフトウェアを使用して次のパラメータ分析を実行し、LRDケーブルを比較します。 テスト結果は、パッシブケーブル以上である必要があります。 テストは、USB4 Gen2 / gen3とUSB3.2Gen2の3つの速度をカバーするものとします。
注：& quot;最悪の場合のパッシブケーブル& quot; 1m USB 3.2 Gen2パッシブケーブル、2m USB4 Gen2パッシブケーブル、0.8m USB4 gen3パッシブケーブルなど、ケーブル仕様内で最大の挿入損失を持つパッシブケーブルを指します。
図8：ケーブル本体テストの接続図
5.3時間領域-ケーブル出力アイダイアグラムテスト
（ケーブル出力視力検査）
5.3.1。 USB4 Gen2 / gen3テスト：
ケーブル出力アイダイアグラムテスト（システムISIとジッターを含む）の接続を次の図に示します。 テスト環境は、USB4ホスト/デバイスのRXレシーバー認証テスト環境と同じです。 USB4RXテスト環境を最初に修正する必要があります。 図9に示すように、grl-usb4-rxテストアプリを介してアンリツmp1900パターンジェネレーターを直接制御できます。キーサイトまたはTektronixオシロスコープを使用してUSB4RXテスト環境を調整します。
校正後、& quot;ワースケースパッシブケーブル& quot;を接続します。 最初にテスト中に。 テスト条件の設定には、パターンGenでのprbs31の出力と、USB4プリセットの設定（合計16グループ）が含まれます。 信号がケーブルを通過した後、オシロスコープで5つの波形をキャプチャし、各グループで80の波形を高速でキャプチャする必要があります。 次に、同じテスト条件下で、パッシブケーブルを取り外し、LRDケーブルを交換して、オシロスコープで波形をキャプチャします。 次に、目の図、目の幅、目の面積をUSB4sigtestソフトウェアでテストおよび分析しました。
図10：USB4 gen3 / Gen2ケーブル出力アイダイアグラムテスト接続
Gen2 / gen3テスト結果のUSB4決定（5回のキャプチャの平均）：
LRDケーブルのベストアイエリア≥パッシブケーブルのベストアイエリア
また、LRDケーブルのアイ幅≥0.9*パッシブケーブル
1.3.2。 USB Gen2テスト：
テスト環境は、usb3.2RXレシーバー認証テスト環境と同じです。 USB 3.2 RXテスト環境を最初に修正する必要があります（図11を参照）。 アンリツのmp1900パターンジェネレーターは、grl-usb3-rxtestアプリを介して直接自動的に制御し、キーサイトまたはTektronixオシロスコープで調整できます。
キャリブレーション後、USB 3.2 Gen2 RXテスト条件下で、Rxを選択してPJ @ 100MHz環境をキャリブレーションします。 フィクスチャとLRDケーブルを通過した後、オシロスコープは波形を5回キャプチャし、usb3sigtestソフトウェアと7つのCTLEテンプレートを使用して分析します。 （usb3 sigtestには最初はctle_5dbテンプレートが1つしかないため、ctle_0db〜ctle_6 DBテンプレートを手動で設定して補足する必要があります）
USB 3.2 Gen2テスト結果の判断（5キャプチャの平均値）：
LRDケーブルのベストアイエリア≥パッシブケーブルのベストアイエリア
また、LRDケーブルのアイ幅≥0.9*パッシブケーブル
まとめ
USB Type-Cは、パッシブケーブルやアクティブケーブルだけでなく、コンピュータや関連する周辺機器にも広く使用されています。 USB 2.0と充電のみをサポートするものもあれば、USB3.2とUSB4をサポートできるものもあります。 これらはすべてUSBType-Cコネクタであり、さまざまな機能と速度をサポートしているため、ユーザーを混乱させやすくなっています。 USBアソシエーションは、ユーザーエクスペリエンスにも重点を置いており、すべてのアプリケーションに対応できるタイプCケーブルに取り組んでいます。 アクティブケーブル部分では、仕様は双方向伝送、正および負のプラグイン、デュアルチャネル（x2）などをサポートする必要があります。USB4LRDアクティブケーブルを例にとると、USB4、USB 3.2、USB2.0をサポートできます。 、サンダーボルト3、PD充電など、USBType-Cアプリケーションに1回線で対応します。
USB Type-Cアクティブケーブルとパッシブケーブルの最大の違いは、アクティブコンポーネントがあるかどうかです。これにより、高速差動信号のテスト方法も異なります。 アクティブケーブルテストは、USB4ホストおよびデバイスの既存の高周波テスト方法を採用し、テストに高周波信号発生器と高周波オシロスコープを使用します。 テスト環境と方法は比較的複雑です。GRLはUSB4テスト用の自動テストソリューションを提供し、テストの複雑さを軽減できます。 GRLは、EQ、ゲイン、その他のパラメーターを調整し、顧客のデバッグを支援する豊富な経験があります。 GRLは、USB4ホストとデバイス、USB4パッシブケーブル、USB4アクティブケーブル、およびその他のテストと認証サービスも提供できます。
リファレンス
USB Type-Cケーブルおよびコネクタ仕様、リリース2.1、2021年5月
USB Type-CコネクタおよびケーブルアセンブリCTS、リビジョン2.1b、2021年6月
USB4™Thunderbolt3™互換性要件仕様、バージョン1.0、2021年1月。
USB4™Thunderbolt3™互換性CTS、リビジョン1.0、2021年1月。
USB Power Delivery CTS、リビジョン：1.2、Ver 2、2021年6月20日
USB Type-C機能テスト仕様、第4章および第5章、2021年5月23日、Rev 0.88