Oszilloskope
USB 3.0 auf die Bits geschaut
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Zuerst die physikalische Schicht untersuchen
Beim Testen von Geräten mit USB 3.0 ist es eine zu empfehlende Vorgehensweise, zuerst mit einem Oszilloskop die Signale auf der physikalischen Schicht zu untersuchen. Denn damit findet man Effekte wie Überschwingen, Reflexionen, Übersprechen, Glitches und andere Probleme der physikalischen Schicht, die sich gerne als „sporadische Fehler unbekannter Herkunft“ auf der Protokollebene widerspiegeln.
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Ein Beispiel für die Erfassung und Decodierung eines USB -3.0-Signals ist in Bild 2 zu sehen. Die obere Kurve umfasst zu viele Informationen, um das Signal vernünftig zu interpretieren; die Darstellung reicht aber aus, um zu beurteilen, dass die Verbindung aktiv ist und dass Daten gesendet werden. Die Tabelle im unteren Drittel der Anzeige gibt eine kurze Beschreibung zu der aufgenommenen Übertragung. Jeder Teil dieser Übertragung ist als eigene Zeile in der Tabelle aufgeführt, welche Informationen wie „Zeit relativ zum Trigger“, „Ereignis-Art“ (z.B. Idle, Skip, DPH und DPP) sowie weitere Details (z.B. Adresse, Endpunkt, Sequenznummer oder Dateninhalte) bietet.
Der Benutzer kann interessante Teile des Signals durch Klicken auf die entsprechende Zeile der Tabelle herauszoomen. Der Zoom zeigt die physikalische Form des interessierenden Signalteils zusammen mit seiner Decodierung in der Mitte des Bildschirms. In Bild 2 ist der Datenpaket-Header zu sehen, in dem Details einschließlich Adresse, Sequenz-Nummer und Endpunkt-Nummer dargestellt sind.
Ein anderer Weg, um interessante Teile des Signals zu finden, ist die Nutzung des „Seriell-Daten-Trigger“, welcher in der WaveMaster-Serie auf Datenströme mit bis zu 14,1 Gbit/s triggern kann. Dies ist ein echter Hardware-Trigger, der auf serielle Datenmuster, Symbole und „Primitives“ eingestellt werden kann. Er basiert auf einer speziell programmierbaren FPGA-Hardware, die lückenlos den Datenstrom auf derartige Ereignisse überwacht und somit in Echtzeit die Erfassungs-Routine des Oszilloskops auslöst und letztlich damit sicherstellt, dass auch einmalige Ereignisse gefunden werden.
Viele weitere Parameter sind zu testen
Typischerweise definiert ein serieller Datenstandard eine Liste von Parametern der physikalischen Schicht wie Spannungspegel, Anstiegszeit, Signalform und Stabilität (hier: Jitter und Augendiagramm). Diese Liste kann ziemlich umfangreich sein. So umfassen die notwendigen Tests für USB 3.0 die Darstellung von Augendiagrammen, die Charakterisierung des SSC (Spread-Spectrum-Takts), die Jitter-Erfassung und eine breite Palette von anderen Testparametern. Diese Tests wurden ursprünglich von Intel geschrieben - sie werden auch häufig als“Sigtest“ bezeichnet. Eine Compliance Test Software wie „QualiPHY“ hilft dabei, diese Messungen konform zum Standard durchzuführen, ohne dass der Anwender sich bis in alle Tiefen mit der Bedienung des Messgerätes auskennen muss. Der Entwickler hat dadurch eine große Sicherheit, dass sein Schaltungsdesign die angestrebten Zertifizierungs-Parameter erfüllt, bevor dies in einem USB-3.0-Testlabor offiziell nachzuweisen ist.
Um in diesem Zusammenhang
Augendiagramme zu erzeugen wie in Bild 3 dargestellt, muss das Oszilloskop eine lange, kontinuierliche Erfassung durchführen, dann den eingebetteten Takt aus den Daten rekonstruieren, um anschließend die Daten anhand dieses Taktes Bit für Bit übereinander zu schreiben.
Protokolle, welche eine Pre- oder De-Emphase auf der Sendeseite vorschreiben, unterscheiden bei den Augendiagrammen dabei zwischen einem Augendiagramm für Transition Bits, also dem ersten Bit nach einem Flankenwechsel, welches bei Pre-/De-Emphase eine höhere Amplitude hat (auf der rechten Seite von Bild 3), und einem getrennten Augendiagramm für Non-Transition Bits (die auf der linken Seite in Bild 3).
Viele Darstellungen auf dem Bildschirm - inklusive des Augendiagamms - können aus der im Speicher abgelegten großen Datenmenge heraus berechnet werden - nach nur einer einzigen Datenerfassung. Der untere Teil im Bild 3 zeigt z.B. Messungen, die auf Basis des erfassten Signals vorgenommen wurden. Die Messungen bestätigen, dass das für diesen Test verwendete Testobjekt die USB-3.0-Physical-Layer-Anforderungen erfüllt.
Wenn in der physikalischen Schicht alles in Ordnung ist, sollte die Korrektheit der Datenübertragung auf der Protokollebene überprüft werden. Dies kann dann mit einem Protokoll-Tester wie Voyager M3i erfolgen, der die Protokollseite von USB 3.0 vollständig unterstützt.
Nach Unterlagen von Teledyne-LeCroy
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