Испытания на соответствие стандарту USB-питания с использованием цифровых осциллографов Rohde & Schwarz
Одно из основных преимуществ USB-питания (USB PD), поддерживаемого на разъемах USB Type-C™, заключается в возможности передавать мощность до 100 Вт. С использованием низкоскоростной передачи сигналов устройства согласовывают профиль USB PD. Поставщики компонентов USB Type-C и устройств, использующих стандарт USB PD, должны обеспечивать функциональную совместимость с точки зрения протокола квитирования и целостности сигналов.
Измерительная задача
Правильность согласования питания между двумя интерфейсами USB Type-C требуется подтверждать посредством испытаний USB-питания на соответствие стандарту. Помимо соответствия физического уровня также требуется проводить испытания на соответствие протокола для всех типов топологии системы.
Краткое описание проблемы
Стандарт USB Power Delivery
Организация USB Implementers Forum (Форум по внедрению USB, USB-IF ) дополнила стандарты USB 2.0 и USB 3.1 спецификацией USB-питания USB Power Delivery. Эта спецификация предполагает гибкую подачу электроэнергии мощностью до 100 Вт (до 20 В и 5 А ). USB-питание наиболее эффективно работает с определенными USB-IF разъемами USB Type-C и кабелями, сертифицированными до скоростей передачи данных USB 3.1 Gen 2 ( 10 Гбит/с ). Новая конструкция поддерживает обратную ориентация разъема для упрощения подключения. 24-контактный двухсторонний разъем USB Type-C включает линии высокоскоростной передачи данных и усовершенствованный интерфейс питания. USB-хосты, устройства и дополнительное оборудование согласовывают подачу питания посредством протокола связи USB PD, который выполняется во введенном канале конфигурации (CC). Данное квитирование используется для подтверждения связи источник-потребитель и проверки максимально возможного профиля питания. На схеме ниже показаны различные топологии USB PD, поддерживаемые для источников питания, потребителей питания или устройств, выполняющих обе функции.
В интерфейсах USB Type-C питание подается через четыре пары контактов питания (Vbus). Организация USB-IF определила пять различных профилей USB PD.
Для полнофункциональных кабелей и адаптеров USB Type-C используется электронная маркировка (e-mark). Они содержат функциональную интегральную схему для идентификации, которая доступна через интерфейс CC . Тестирование функции e-mark входит в состав спецификации испытаний на соответствие (CTS) стандарту USB-питания.
USB-соединение с точки зрения подачи питания
Целостность BMC на физическом уровне
Протокол USB PD предусматривает использование в интерфейсе связи CC кода с представлением единицы двойным изменением фазы (BMC) для обмена профилями питания между двумя интерфейсами USB Type-C .
Чтобы обеспечить функциональную совместимость между компонентами и устройствами USB и чтобы избежать повреждений из-за превышения напряжения или тока, важна передача сигнала BMC согласно стандарту. Поэтому передача сигналов BMC на физическом уровне тестируется с использованием масок соответствия. Последовательности логических единиц и нулей модулированного сигнала оцениваются отдельно с использованием различных профилей маски, представленных на следующей странице.
Структура сигнала BMC интерфейса USB PD и маска соответствия для единицы (слева) и нуля (справа)
Контрольно-измерительное решение
Испытания на соответствие USB PD проводятся для подтверждения надлежащего согласования питания в канале связи CC интерфейсов USB Type-C при скоростях передачи данных от 270 кбит/с до 330 кбит/с и для проверки качества питания на контактах Vbus. При выборе осциллографа в качестве основного инструмента анализа сигнала для проведения испытаний USB PD на соответствие прежде всего учитываются следующие параметры прибора: широкий динамический диапазон измерений, быстрый сбор и обработка данных и исходный импеданс 1 МОм для токовых пробников.
Rohde & Schwarz совместно с отраслевым партнером, компанией Granite River Labs (GRL), предлагает решение для испытаний на соответствие на основе цифрового осциллографа R&S ® RTE или R&S ® RTO. ПО для анализа GRL-USB-PD от GRL управляет испытательным оборудованием и осуществляет тестирование электрических компонентов и протоколов.
Схемы измерений
Схема измерений зависит от роли ИУ. Во всех случаях осциллограф R&S ® RTE или R&S ® RTO осуществляет сбор данных сигналов USB PD для анализа соответствия и верификации протокола. Для измерения напряжения (Vbus) и тока (IL) на линиях питания Vbus требуются пассивный пробник напряжения и токовый пробник. Еще один пробник напряжения подключается к каналу связи CC. При испытаниях кабелей и адаптеров USB Type-C основное внимание уделяется проверке кода e-mark в канале связи CC.