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[技術文章]教您辨認USB3.0/USB2.0並解析USB 2.0量測步驟,USB2.0實際量測影片
2024-11-14

如何辨別USB2.0及USB3.0? USB2.0 速度如何? 使用示波器測試 USB2.0 手把手影片教學

 

本文將圖示秒解 USB 2.0 與 USB 3.0 的差別並手把手教您使用 Keysight 示波器測 USB 2.0,及說明如何自動產出可以輕鬆讀懂的測試報告 (提供實際測試影片) !

 

 

** 2020.07.30更新:依據目前新的 USB 2.0 CTS 規範,USB 2.0 測試至少需要 2.5 GHz 頻寬示波器,推薦使用 Keysight S系列 / EXR系列 示波器,提供實際測試影片手把手測試 ** 

 

本文包含以下部分,可點選快速連結(附介紹影片)

USB機械電子標準一覽表
◆ USB3.0和USB2.0的規格差別與測試工具介紹
◆ 如何執行 USB 2.0 信號品質分析測試
◆ 實際解析影片:使用示波器執行USB 2.0 Device眼圖測試及USB 2.0 Inrush Current實際測試影片
裝置高速信號品質測試完整操作步驟
◆ 立刻預約DEMO,成功預約即贈精美小禮物!

 
 

USB機械電子標準一覽表 / USB 2.0 v.s. USB 3.2 / Type-A v.s. Type-B(下圖取自維基百科)

USB機械電子標準一覽表_USB2.0_USB3.2_Type-A_Type-B

 

實際拍攝USB 2.0 與 USB 3.0 差別圖

如何辨認USB2.0_USB2.0實際拍攝照片
↑ USB 2.0 實際圖示
如何辨認USB3.0_USB3.0實際拍攝照片
↑ USB 3.0 實際圖示

 

USB3.0和USB2.0的規格差別與測試工具介紹


1. 傳輸速度:
  USB2.0的理論最高傳輸數據是480Mbps(約為60MB/s),USB3.0的理論最高速度高達5Gbps(約為640MB/s)

2. 雙向傳輸:
  除了傳輸速度之外,USB3.0還可以"雙向資料傳輸",USB3.0在寫入資料的同時,也能讀取數據,並且不會互相干擾。

3.  耗電量:
  USB 3.0 多了休眠和電源管理設計,即使在高速傳輸的狀態下,也不會增加耗電量,反而會減少傳輸消耗的時間,因此耗電量會比 USB 2.0少。

4.  要達到USB 3.0 測試,示波器頻寬需達 13GHz
     USB 2.0 測試,示波器頻寬需達 2.5GHz

 

如何執行 USB 2.0 信號品質分析測試呢?首先,需要準備一台示波器。


  USB 2.0 信號品質分析應用需要韌體版本 3.10 或更高的 Keysight InfiniiVision 4000X (僅能執行全速及低速) / 6000 X / S 系列 系列示波器。

** 2020.07.30更新:依據目前新的USB2.0 CTS規範,USB2.0測試至少需要2.5GHz頻寬示波器,推薦使用 Keysight S系列高解析度示波器 ** 

 

立刻查看實際測試影片

查看USB2.0實際量測影片
 使用示波器執行USB 2.0 Device眼圖測試及USB 2.0 Inrush Current實際測試影片


 

對於高速測試 (High speed):

- 高速測試需要 2.5 GHz 頻寬型號示波器(Keysight InfiniiVision 6000 X/S 系列 系列示波器)
- 不支援以單端 SMA 纜線連線在 2 通道示波器上進行 「高速」測試,因為取樣率不會達到所需的 5 GSa/s 速率。在 2 通道示波器上使用差動探棒,運作效果良好。

 

對於全速與低速測試(Full speed/Low speed):

- 可以使用 200 MHz、350 MHz、500 MHz、1 GHz 或 1.5 GHz 頻寬型號的示波器執行 「全速」與 「低速」測試。 最適合在 4 通道示波器中執行「全速」測試,因為使用 2 通道示波器時,通道 1 和 2 是非交錯式的,取樣率會低於 USB-IF 測試程序需要的 4 GSa/s。若在 2 通道示波器上執行 「全速」測試,則會在資料上使用內插法。
 

對於示波器內選用的 USB 2.0 觸發及解碼:

- 選用的示波器USB 協定觸發與解碼應用軟體是非常實用的工具,能識別並觸發您可能希望對其執行 USB 信號品質測試的封包。
 

Keysight InfiniiVision 4000X/6000 X 系列示波器提供 USB 2.0 信號品質分析應用軟體,簡單測試 USB 2.0 !!


USB 2.0 信號品質分析應用軟體支援兩種使用模式:

1. 在這情況下可以使用真實封包快速測試電路中的 USB 信號品質:

- 您可使用測試固定裝置這種輕鬆的方式探測信號。
- 可能必須先調整 USB SQ 分析應用的 「自動設定」,然後才能分析實際封包。
 
2. 在這情況下可驗證信號品質是否遵循 USB 2.0 規格:
- 您必須使用 USB 設計論壇 (USB Implementers Forum, USB-IF) 要求的測試固定裝置、設備和測試設定。
- USB SQ 分析應用的 「自動設定」應針對所需的測試封包依現狀運作。
 
信號品質分析應用:
-  讓您為裝置和主機選取 「高速」、「全速」或 「低速」測試。對集線器同時 執行裝置和主機測試,可測試集線器。
- 對所選速度與裝置類型組合執行所有信號品質測試。
-  針對所選測試自動設定示波器。
-  針對已執行的各項測試提供詳細的結果資訊。
-  讓您將詳細的結果資訊儲存至 HTML 報告。

* 延伸閱讀:車用匯流排及Ethernet大解析

 

裝置高速信號品質測試操作教學


1. 用於裝置高速信號品質測試的設備
 
>> 示波器:Keysight 6000 X 系列 / S 系列  等 >2.5 GHz 頻寬型號的機型
>> 示波器探棒解決方案:
      差動探棒:搭配 E2678A 或 E2669A 的 Keysight 113xA
  SMA 纜線:Keysight 15443A 配對纜線組或同等纜線
>> 主機測試台電腦:搭配 Windows 7 或 Windows 8 作業系統、具備高速 USB 介面的任何電腦。
>> 裝置高速信號品質測試固定裝 置與 4 英吋 USB 纜線
>> 5V 電源供應器


2. 裝置高速遵循測試封包
 
若要設定主機電腦以傳輸遵循測試封包,請執行這些步驟:

>> 在 「高速電子測試台」電腦上叫用 「HS 電子測試工具」軟體。
>> 選取裝置並按一下測試按鈕,開啟 「裝置測試」對話方塊。

>> 從裝置指令下拉式功能表中選取 TEST_PACKET,並按一下執行。這樣會強制待測裝置持續傳輸測試封包。
>> 在 「裝置測試」對話方塊中,應使用裝置的 VID ( 和所連接的根連接埠一同顯示 ) 列舉待測裝置。


3. 示波器按下「Analyze」按鈕,在 「分析」功能表中按下 特性按鈕;再選取 USB 信號品質。按下測試按鈕並選取裝置高速信號品質測試。

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目


4. 按下自動設定,以自動設定要用來進行所選測試的示波器。

為了取得最佳測試結果,您可調整 「自動設定」。通常您會希望示波器的螢幕上顯示一個封包的資料,以及各端一個位元的時間。同時,也應調整垂直刻度與偏移,使訊號能顯示在六個垂直區域內而不致遭到裁切。
 

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_自動設定


5. 按下執行測試按鈕,執行所選信號品質測試。 測試執行時,示波器會在執行時停止擷取,然後分析畫面上的資料,接著顯示結果。(PS. 測試可能花費數分鐘執行,一旦開始就無法取消。)
 

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_執行測試


6. 測試完成後,會自動顯示結果。您可按下顯示結果按鈕,停用或重新啟用測試結果的顯示。

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_自動顯示測試結果
keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_自動顯示測試圖
keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_自動顯示眼圖



7. 將測試結果儲存為 HTML 檔案

若要儲存 USB 2.0 信號品質測試結果:

1. 將 USB 儲存裝置連接到示波器的 USB 主機連接埠之一。
2. 在示波器的前面板上,按下 [Save/Recall] 儲存 / 呼叫 > Save 儲存 > Format 格式,並選取 USB 信號品質選項。
3. 按下第二個按鈕,再使用文檔瀏覽器瀏覽至要儲存測試結果檔案的位置。
4. 按下檔案名稱,並指定測試結果檔案的名稱。
5. 按下按下以儲存按鍵。

 

立刻查看實際量測影片

USB2.0實際量測影片
使用示波器執行USB 2.0 Device眼圖及USB 2.0 Inrush Current實際測試



* 延伸查看:[產品規格] Keysight 4000X 系列示波器規格介紹
* 延伸查看:[產品規格 Keysight 6000X 系列示波器規格介紹
* 延伸查看:[產品規格] Keysight S 系列示波器規格介紹
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