USB 是 Universal Serial Bus(通用串行总线)的英文缩写,指连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范。自 1995 年推出以来,USB 以其高速、便捷、可扩展等特点,逐渐取代传统的串口和并口,被广泛地应用在各类外部设备,深受消费者的青睐。不过大量 USB 设备的互通互联为设备使用者带来极大便利的同时,难免出现连接兼容性、传输中断、文件传输错误等问题,因此 USB 设备必须通过 USB 一致性测试才能保证设备间的互操作性,这不仅是 USB 协会要求,也是包含USB 接口的设备生产商保障产品质量和可靠性的必要步骤。
USB2.0 是一种 4 线串行系统,包括 VBus ,D- ,D+和地线,D-和 D+是差分信号线,是主要的信息载体,VBus 和地线之间传输 5V 的电压。为了适应不同类型应用对数据传输速度的要求,USB2.0 定义了三种速率级别,分别是低速、全速以及高速,典型的 USB 低速设备包括电脑鼠标、键盘,游戏机操控杆等;而常见的全速设备包括电话、音频、麦克风等 ,市面上大部分 USB2.0 都属于高速设备,包括数码相机、移动硬盘等, 需要注意: 高速能够向下兼容低速、全速, 当然低速、全速设备也向上兼容高速设备,但是无法实现高速的传输能力,并自动以低速一方的速度进行传输。
USB2.0 具有诸多优点,如供电简单,即插即用、支持热插拔,端口扩展容易、传输方式多样化、兼容良好等。 USB 系统采用级联星型拓扑,该拓扑由三个基本部分组成: 主机(Host),集线器(Hub)和设备(Device)。主机负责管理系统及应用软件,提供 USB 接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体,可以是 PC,也可以是 OTG 设备;集线器提供扩展的 USB 外设接口,最多可级联 5 级,最多可连接127 个 USB 设备。设备接受主机发起的操作,发送或接收数据,此外设备可以分为总线供电(即从主机获取电流)和自供电两种方式 。连接主机的端口叫上行端口,连接设备的端口叫做下行端口,集线器可以检测每
个下行端口的连接和移除, 并向下层设备分配电力, 负责总线的故障检测和恢复, 每个下行端口可以单独启用, 可以工作在不同的速度等级,从设备到主机的方向称之为上行通信,从主机到设备的方向称之为下行通信。

| 主机测试 | 设备 | 集线器 |
| 高速下行信号质量 | 高速上行信号质量 | 高速信号质量(上/下行端口) |
| 高速下行包参数 | 带线缆的远端设备 | 高速包参数(上/下行端口) |
| 高速下行啁啾时序测试 | 不带线缆的近端设备 | 高速啁啾时序测试(上/下行端口) |
| 高速下行挂起和恢复 | 高速上行包参数 | 高速挂起和恢复(上/下行端口) |
| 高速下行无驱动时的电平值 | 高速上行啁啾时序测试 | 上行端口从高速进行重置 |
| 全速下行信号质量 | 高速上行挂起和恢复 | 上行端口从挂起进行重置 |
| 低速下行信号质量 | 从高速进行重置 | 高速无驱动时的电平值(上/下行端口) |
| VBus跌落 | 从挂起进行重置 | 高速中继上/下行 |
| VBus瞬态跌落 | 高速上行无驱动时的电平值 高速上行接收器灵敏度 全速上行信号质量 低速上行信号质量 背板电压 浪涌电流 | 高速上行接收器灵敏度 全速信号质量(上/下行端口) 低速信号质量(上/下行端口) VBus跌落 VBus瞬态跌落 浪涌电路 背板电压 |
| 测试设备 测试项目 | 示波器 &测试夹具&软件 | S M A 线 缆 | 单端探头或差分探头或无源探头 | 其他 |
| 信号质量 | ✅ | 2根 (高速) | 2个单端探头(下行全/低速) 2个单端探头及1个无源探头(上行全/低速) | |
| 包参数 | ✅ | 2个单端探头或1个差分探头 | ||
| 啁啾时序测试 | ✅ | 2个无源探头 | ||
| 挂起和恢复 | ✅ | 2个无源探头 | ||
| 无驱动时的电平值 | ✅ | 2 根 | ||
| 接收机灵敏度 | ✅ | 2根 | 2个单端探头 | 信号源 |
| 从高速/挂起进行重置 | ✅ | 2个无源探头 | ||
| 高速中继上/下行 | ✅ | 4个单端探头或2个差分探头 | ||
| 浪涌电流 | ✅ | 1个电流探头 | ||
| 背板电压 | ✅ | 3个无源探头 | ||
| Vbus跌落 | ✅ | 1个无源探头(其它) 2个无源探头(Hub总线供电) | ||
| 瞬态跌落 | ✅ | 2个无源探头 | ||
| 备注:单端/差分探头带宽大于2GHz,无源探头带宽为500MHz,信号源带宽大于1GHz | ||||
其余设备补充:
▶ 经过认证的自供电高速集线器(×4):用于全速/低速测试。
▶ 经过认证的自供电全速集线器:用于全速/低速测试。
▶ 5 米长 type-A 转 type-B 的 USB 线缆(×6):用于全速/低速测试。
▶ 1 米长 type-A 转 type-B 的 USB 线缆(数量与测试项目有关):用于高速/全速/低速测试。
▶ 经过认证的低速设备(如:鼠标):用于低速测试。
▶ 经过认证的全速设备:用于全速测试。
▶ 经过认证的高速设备(如: U 盘):用于高速测试。
▶ 计算机(安装 USBHSET):用于高速主机测试。
鼎阳科技可提供:
产品 | 图片 | 型号 | 描述 |
示波器 |
|
SDS7000A 系列 |
2~4GHz 带宽,支持 USB2.0/以太网/车载以太网等一致性分析 |
一致性测试软件 |
|
SDS7000A-CT-USB2 | 支持主机/集线器/设备的高速/全速/低速测试 |
测试夹具 |
|
FX-USB2 |
支持主机/集线器/设备的高速/全速/低速测试 |
单端探头 |
|
SAP2500 | 2.5GHz 带宽 |
差分探头 |
|
SAP2500D |
2.5GHz 带宽 |
无源探头 |
|
SP3150A | 500MHz 带宽,适配 SDS7000A |
电流探头 |
|
CP6000 系列 SCP5000 系列 |
适配器供电 示波器供电 |
信号源 |
|
SDG7102A | 1GHz 带宽 |
测试环境搭建
USB2.0 一致性测试一般都离不开测试夹具 ,夹具主要将 USB 线缆信号转化为能够通过探头输入至示波器的信号, 被测物分为主机、集线器、设备三种, 速度也分为高速、全速、低速三种, 每个测量项目都需要测试夹具、被测物和示波器三者之间建立正确的连接方式, 仅靠人脑记忆, 不仅效率降低, 正确率也不敢保证, 而一致性测试软件就能很好地解决这个难题, 它以图表化的方式显示各个测量项测试过程中夹具、示波器和被测物三者之间的连接方式,使用者无需记忆就能正确设置测试环境,能够明显减少测试时间及测量出错的概率。

测试码型的获取
对于主机
非 Windows 操作系统的主机需联系芯片供应商,提供特定的控制软件,控制被测物发出测试码型
Windows 操作系统的主机可使用 HSETT 软件(USB High-speed Electrical Test Tool),该软件可以控制被测物发出测试码型
对于集线器和设备
使用 HSETT 软件可以控制被测物发出测试码型
鼎阳提供的测试夹具 FX-USB2 可直接控制被测物发出测试码型主机测试码型获取步骤:
软件安装: 安装前,应禁用 Windows 中的“用户账户控制 ”,选择开始 > 控制面板 > 用户账户与家庭安全 > 用户账户 > 更改用户账户控制设置 ,设置为 “从不通知 ”, 点击“确定 ” ,然后重启计算机。
软件下载地址:https://www.usb.org/document-library/usbhset-ehci-64-bit
注意:使用 USBHSETT 软件时,相应的USB 集线器会被占用,其外界的设备将无法正常使用,如外接的鼠标,但可使用触控板或远程控制
l 设置测试类型 :打开 High-speed Electrical Test Tool 软件,进入软件主菜单; 点击【Host Controller/System】,点击【Test】按钮进入主机测试菜单。
l 总线枚举:将主机的被测端口插上 USB 设备(USB 设备的速率类型与被测主机的速率类型一致),点击 【Enumerate Bus】 ,右侧状态窗口显示“Enumeration Successful”


l 端口控制:“Host Port Control”中“Port”输入主机被测试端口号,“Port Control” 下拉菜单的选择与测试项有关, 如测试信号质量选择【TEST_PACKET】, 测试挂起和恢复选择【SUSPEND】,测
试 无 驱 动 时 的 电 平 值 选择【 TEST_ J】, 点 击 【 EXECUTE】, 右 侧 状 态 窗 口 显 示 “ Operation Successful”
l 测试码型显示:除去接入主机被测端口上的 USB 设备,使用 USB 线缆连接被测端口与测试夹具(夹具已与示波器相连),此时示波器将显示测试码型
更多 USBHSETT 使用技巧或使用过程中出现问题请点击:
https://www.usb.org/sites/default/files/HSETT_Instruction_0_4_1.pdf
点击测试项配置会弹出具体的测试窗口, 如下图所示,根据测试流程分为: 设置、测试项选择、配置、连接、启动测试、结果六个步骤。
设置
l 配置具备“ 调出 ”、“上一次 ”、“保存 ”三个功能
l 在“DUT 类型” 中选择待测设备的类型,其中集线器还需要区分“ 下行 ”、“ 上行 ”
l 在“速率选择 ” 中选择待测设备的速率
测试项选择
在本栏目中选择需要测试的项目 ,可选择单项也可选择多项
配置
前面选择的测试项目在本栏目会高亮提示, 点击即可对相应的测试项进行配置, 设置好示波器测量的信道。
连接
本栏目显示测试接线图与测试步骤, 若一次性选择了多个测试项目, 只会显示第一个待测项的信息,其他测试项接线图会在上一个测试项结束后有单独的页面弹窗提示。
启动测试
l 测试失败时,支持“ 继续 ”和“ 中止 ”两种选择
l 对于本轮测试的结果,提供测试结果的保存形式
l 点击右下角的启动测试即可开始本轮测试
在接下来的测试过程中, 按照弹窗提示完成测试即可, 测试项全部完成后会弹出测试结果。若一轮测
试中选择了多个测试项目,进行到下个项目时会有弹窗提示该项目的接线方式, 支持中途返回“ 配置 ”栏目修改该测试项的信源,修改后点击弹窗中的“启动测试 ”即可继续测试。
点击“结果查看” ,查看对应的测试结果。
上半部分是测试项目,提供各个项目的测试结果, 官方要求的门限值参考。下半部分是对应的细节图, 在上半部分点击感兴趣的项目,下半部分即可显示对应的细节, 点击图片可以查看图片细节。

点击“ 报告生成设置”,填入有关的测试信息,选择报告类型;“ 预览报告” 可以提前查看生成报告的效果; “ 文件管理” 中选择保存的路径,点击“保存” 即可保存测试结果。
注意:保存成 HTML 格式时,会生成一个文件夹与 HTML 文件,如需拷贝, 需要把两者都拷走,并保持两者在同一路径下。

点击测试项可直接超链接至具体测试波形:

作为产品出货前的重要环节,USB2.0 一致性测试在今天的各种产品研发和制造中扮演着重要的作用,必然会带来巨大的工作量,而鼎阳科技的 USB2.0 一致性测试解决方案一直在朝着更加简单,更加标准化,更加自动化的方向发展, 它消除了麻烦耗时的手动示波器设置、光标放置及与 USB 2.0 规范比较测试结果的过程,通过简单的配置方式、易懂的图表化连接指南帮助使用者降低测试复杂程度,提高生产效率。
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