Certifié USB 3.0

Certification USB SuperSpeed ​​​​: savoir avant d'agir…

Avec l'introduction par Intel de l'USB 3.0 sur la plate-forme Ivy Bridge en 2012, l'adoption tant attendue de la technologie SuperSpeed ​​a battu son plein. La version de Microsoft de Windows 8 avec prise en charge native des contrôleurs hôtes USB 3.0 a supprimé les derniers obstacles restants pour le pool de connectivité 5 Gbps. 2013 a été une rampe ascendante continue sur le marché des produits SuperSpeed, c'est pourquoi USB-IF a récemment annoncé que plus de 850 produits ont passé le programme de certification USB SuperSpeed. Le programme de conformité USB-IF a été une pierre angulaire dans le développement de cette technologie, donnant aux concepteurs l'assurance absolue que leurs produits interopéreront de manière transparente avec d'autres systèmes certifiés USB. USB-IF propose un programme de certification complet qui est disponible pour ses membres dans des groupes de travail. Dans cet article technique, nous allons explorer les processus importants nécessaires pour atteindre la conformité USB et le délai de mise sur le marché.

Présentation technique de l'USB 3.0

L'USB aspire à fournir une connectivité transparente entre un ordinateur hôte et un équipement périphérique.

Conformément à l'idée de commercialiser de nouveaux produits USB, des capacités de conception et des équipements de test spéciaux sont souvent nécessaires pour valider les multiples couches de la technologie USB. L'USB 3.0 SuperSpeed ​​est basé sur une architecture de communication multicouche. Les principaux composants de cette architecture comprennent les couches physiques, de liaison et de protocole.

Contrairement à d'autres connexions série qui utilisent simplement des bus plus rapides pour augmenter les performances, l'USB 3.0 crée une architecture à double bus, en utilisant un ensemble distinct de signaux prenant en charge la signalisation Superspeed 5 Gbps tout en conservant l'héritage de 480 Mbps USB2.0 pour garantir la compatibilité avec les périphériques USB précédents. La couche physique SuperSpeed ​​​​définit la connexion de bus physique entre l'hôte et l'appareil. Il se compose de deux paires différentielles, l'une pour l'émission et l'autre pour la réception. L'USB 3.0 partage des fonctionnalités similaires à celles trouvées dans d'autres technologies série haute vitesse telles que PCI Express et SATA telles que l'encodage 8b/10b, le brouillage des données, l'inversion de polarité et le spectre d'horloge large.

La couche de liaison est définie pour établir et maintenir une connexion fiable entre l'hôte et le périphérique. SuperSpeed ​​​​USB 3.0 introduit certains concepts cruciaux, notamment : les commandes de liaison (utilisées pour garantir le succès du transfert de paquets), le contrôle du flux de liaison et la puissance de gestion. Les heures, les changements d'état et la négociation de communication sont définis dans la machine d'état et de formation de liaison (LTSSM). Le diagramme identifie tous les états de liaison logique qu'un périphérique doit entrer lorsqu'il est connecté à un système hôte compatible USB 3.0.

Enfin, la couche de protocole USB 3.0 reste similaire à son prédécesseur. Il inclut des mécanismes de détection d'erreur, tels que des champs CRC dans tous les paquets. L'USB 3.0 ajoute également des fonctionnalités de gestion de l'alimentation au capuchon de liaison. Les hôtes SuperSpeed ​​​​n'ont pas besoin d'interroger un périphérique avant d'initier une transition d'alimentation. L'USB 3.0 permet aux terminaux de notifier de manière asynchrone l'hôte lorsqu'ils ont terminé leurs tâches et qu'ils sont prêts à entrer dans un état de faible consommation.

Préparation à la certification

Les développeurs USB doivent activement envisager des tests de pré-qualification en utilisant les mêmes outils que les groupes de travail et de contrôle de l'USB-IF et les laboratoires de test indépendants.

La sélection de ces mêmes instruments réduira les problèmes inattendus pouvant survenir en raison de différences de configuration, d'intégrité du signal ou d'erreur de l'opérateur. Investir dans l'instrumentation de test peut sembler et être trop coûteux pour tester un seul produit USB OEM.

Cependant, cette même instrumentation de test USB offre une valeur significative grâce à une mise sur le marché plus rapide, non seulement dans la pré-qualification et la qualification, mais également dans le développement, et moins de problèmes lors des tests de qualification USB.

Il est tout à fait concevable pour les OEM d'obtenir le logo USB via les groupes de travail USB-IF ou en utilisant l'un des nombreux laboratoires indépendants. Les deux formes permettent de réduire le temps de mise sur le marché dont les OEM USB ont besoin.

Les groupes de travail USB-IF ne sont pas exécutés aussi souvent que nécessaire par les OEM, donc se rendre dans un laboratoire indépendant pour la certification USB est la première option utilisée même si cela coûte plus cher. Les équipementiers sont fortement invités à présélectionner leur équipement avant de participer à l'un des programmes publics de conformité USB. L'introduction de SuperSpeed ​​​​USB a apporté des équipements de test supplémentaires mandatés par l'USB-IF, y compris un nouveau récepteur 5 Gbps ainsi qu'un nouveau test rigoureux des exigences de la couche de liaison. Fabricants d'instrumentation tels que Agilent, Teledyne LeCRoy, Tektronix, etc. Ils offrent une large sélection de solutions spécialisées dans les tests de conformité USB.

Parmi ceux-ci, seul Teledyne LeCroy propose une solution qui couvre entièrement les exigences des couches électriques et de liaison.

Test de conformité USB 3.0

USB-IF a considérablement augmenté les exigences pour la certification USB 3.0. L'USB 3.0 ajoute l'USB SuperSpeed ​​tout en maintenant une compatibilité totale avec l'USB 2.0 grâce à une architecture à double bus. Tous les équipements doivent répondre à la pré-certification USB 2.0 ainsi qu'aux nouveaux tests introduits par les spécifications USB SuperSpeed, élargissant encore le processus de certification. Certaines des nouvelles exigences sont les suivantes : Tests de récepteurs ; test de la couche liaison ; et un nouveau test de certification Hub qui couvre les exigences des appareils Hub Silicon et End Hub.

Test de revêtement électrique

Les spécifications du test de conformité électrique SuperSpeed ​​​​USB 3.0 exigent que les appareils soient testés contre cinq tests de couche physique en plus de la conformité USB 2.0. Ces épreuves comprennent :

• Test TD.1.1 Signalisation périodique basse fréquence (LFPS)

• Test de réception de signalisation périodique basse fréquence (LFPS) TD.1.2

• TD.1.3 Test oculaire transmis

• Test de profil SSC transmis TD.1.4

• Test de tolérance de gigue du récepteur TD.1.5

Le test LFPS est effectué à la fois sur l'émetteur et sur le récepteur. Il vérifie que l'émetteur LFPS garantit une fréquence et une synchronisation conformes aux spécifications USB 3.0 tandis que le récepteur vérifie qu'il peut reconnaître correctement la signalisation LFPS par rapport aux variations de tension et aux variations du cycle de service.

Test de l'émetteur

Le test de conformité de l'émetteur vise à déterminer si le diagramme de l'œil, aléatoire, déterministe et la gigue totale répondent aux spécifications USB 3.0. Il vérifie également l'émetteur par rapport au profil d'horloge à spectre étalé (SSC) comme indiqué dans les spécifications.

USB-IF nécessite que l'émetteur soit testé en fonction de l'œil transmis, de l'horodatage LFPS et du profil SSC transmis. Par exemple, TD.1.3 vérifie que l'émetteur répond aux exigences de largeur d'œil, de gigue aléatoire et de gigue déterministe. Un testeur de taux d'erreur binaire qui connaît le protocole est utilisé pour mettre le DUT (Device Under Test) en mode de conformité et doit envoyer un modèle de test spécifique appelé CPO (scrambled logical idle). Ici, un oscilloscope peut être utilisé pour mesurer l'amplitude de l'œil selon la référence CTLE pour comparer l'ouverture du diagramme de l'œil.

Test du récepteur

Le test de tolérance de gigue du récepteur se concentre sur la mesure de la capacité du récepteur à recevoir et à interpréter les données entrantes sur plusieurs fréquences. Ce test est également basé sur un générateur de motifs bouclant le DUT et transmettant des motifs spécifiques selon la norme avec Ritter ajouté. Le DUT renvoie le motif reçu au générateur et chaque différence est comptée comme une erreur.

L'hôte et le périphérique transmettent des données avec des symboles SKP intégrés et en incluant et en supprimant des symboles SKP supplémentaires, chaque côté peut contrôler et valider la vitesse d'horloge du côté opposé. Cela force le test du récepteur car les symboles SKP ajoutés et supprimés dans le flux de données impliquent que les données envoyées par le générateur sont toujours différentes des données reçues pour la comparaison du taux d'erreur binaire. Par conséquent, l'exigence de connaître le protocole pour filtrer les symboles SKP avant de comparer le motif reçu est essentielle. Le PeRT3 (Protocol Enables Receiver Tester) de Teledyne LeCroy est spécialement conçu pour répondre à cette exigence. Ces tests augmentent considérablement la complexité associée à la conformité de la couche électrique USB 3.0. Il est fortement recommandé aux développeurs de vérifier leurs conceptions par rapport à ces exigences avant de tenter un test de conformité lors de l'une des sessions USB-IF ou dans un laboratoire indépendant.

Test de la couche de liaison

Le rôle critique de la couche de liaison dans l'établissement et le maintien de l'intégrité de la connexion entre l'hôte et l'appareil implique des exigences de test étendues de la part de la couche de liaison SuperSpeed. Plus de 130 normes de couche de liaison différentes ont été testées avec 40 tests uniques. La plate-forme M3 Voyager de Teledyne LeCroy est l'une de celles approuvées en tant que système de vérification de la couche LINK-LVS (Link Verification Systems). Voyager M3 est la seule solution basée sur un analyseur/constructeur intégré où tous les tests sont chargés sous forme de scripts et les utilisateurs peuvent afficher et modifier le code source pour déboguer ou créer leurs propres tests. Vous trouverez ci-dessous deux exemples de test de couche de liaison.

Conformité de la couche de liaison TD7.5 - Robustesse du cadrage des paquets d'en-tête : Vérifie que le dispositif sous test (DUT) ne rejettera pas un paquet qui a un seul symbole d'erreur dans la trame HPSTART. Au cours de ce test, le générateur de trafic agissant en tant qu'hôte ou périphérique se connecte au DUT. La séquence d'initialisation de liaison est exécutée et le générateur de trafic transmet le paquet de gestion de liaison requis avec des erreurs dans le premier symbole de la séquence HPSTART. Réussit le test si l'initialisation du lien se termine avec succès. Le lien est réinitialisé et le test est répété avec des erreurs insérées respectivement dans les deuxième, troisième et quatrième symboles de la séquence HPSTART. Pour passer le DUT, il doit reconnaître le paquet et être en U= pendant au moins 50 ms.

De même, TD.7.7- RX Header Packet Retransmission Test valide que l'UT rejette les paquets avec un seul caractère invalide dans la partie charge utile de l'en-tête de paquet. Dans cette situation, la spécification exige que le DUT rejette le paquet en répondant avec une commande de liaison LBAD. Le DUT doit rester en U0 pendant que le générateur de trafic transmet un LMP valide qui doit être acquitté par le DUT. Ce test a été étendu à 16 itérations différentes après avoir découvert que certains DUT se comportaient différemment selon le symbole inséré dans l'en-tête. L'image ci-dessous montre une condition de panne normale où le DUT passe en récupération après qu'un symbole EPF (fin de paquet) apparaisse au milieu de l'en-tête de charge utile.

Résumé

L'USB a la réputation bien méritée d'être la forme d'interconnexion la plus simple et la plus fiable. Le programme de conformité USB-IF a été la pierre angulaire permettant aux utilisateurs de vivre cette expérience. Concevoir pour assurer une interopérabilité sans faille des appareils participant au programme de certification du logo SuperSpeed ​​​​est un élément essentiel pour commercialiser avec succès la technologie USB.

Le programme de certification USB 3.0 représente un effort de test substantiel du point de vue de la conception OEM. Les exemples répertoriés ci-dessus ne reflètent que quelques-unes des complexités auxquelles les OEM sont confrontés lorsqu'ils commencent la certification USB 3.0.

"Savoir avant d'agir" souligne l'importance d'une sélection minutieuse avant de se rendre dans un groupe de travail USB-IF pour la certification.