用于USB从设备的USB2.0电气一致性测试装置的制作方法

用于usb从设备的usb2.0电气一致性测试装置
技术领域
1.本发明涉及usb2.0接口测试技术领域，具体涉及一种用于usb从设备的usb2.0电气一致性测试装置。


背景技术：

2.随着usb2.0接口传输速度的提高，对于设计和开发者来说，信号完整性的问题也越来越突显，另外以串行的传输结构，在协议层和互操作方面也有更大的挑战。usb-if(usb implementers forum，usb开发者论坛)是一个致力于推广和发展usb技术的非盈利性组织，制定了usb的标准。同时为了确保usb产品的互联互通性，usb-if定义了多项兼容性测试，它在电气层面、功能层面、互操作层面规定认证测试方案，并授权测试实验室认证测试，usb相关产品通过测试后取得usb徽标的认证，才能使用usb标志。这就要求usb开发人员能够在实验室研发阶段，进行满足一致性规范要求的预测试，及早的发现和解决问题，从而加快产品的量产速度。
3.usb协会在2019年2月份发布了最新版本的《usb2.0电气一致性测试规范》，版本号是v1.07，英文文档为《usb2.0 electrical compliance test specification,version 1.07》。在该文档中，描述了usb 2.0信号进行电气一致性测试的标准和规范，任何usb2.0的host(主机接口)、hub(集线器)、从设备(device)均需要符合该电气测试规范，才可以推向市场。
4.在《usb2.0电气一致性测试规范》的v1.07版本中，支持480mbps高速模式的usb2.0接口的重要测试项目包括以下：
5.(1)信号完整性的测试(el2～el9)；
6.(2)hub和device上行接口上的接收机灵敏度测试(el16～el18)；
7.(3)包参数测试(el21～el25，el55)；
8.(4)时序测试(el27～el35)；
9.(5)挂起和恢复测试(el38～el41)；
10.(6)hub高速中继器测试(el42～el48)。
11.(7)usb2.0的全速接口(12mbps)和低速接口(1.5mbps)的信号完整性测试。
12.在上述的测试项目中，主机接口、集线器、从设备有部分测试项目是重合的，有一些测试项目则是某一类接口特有的测试。
13.因此，需要开发出相应的usb2.0电气一致性测试装置，来满足usb2.0的测试规范和测试要求。


技术实现要素：

14.本发明主要解决的技术问题是如何对usb从设备的usb2.0电气一致性进行测试。
15.根据第一方面，一种实施例中提供一种用于usb从设备的usb2.0电气一致性测试装置，包括：数字示波器、控制模块和第一切换模块；
16.所述数字示波器用于接收用户输入的测试需求，并根据所述测试需求，输出对应的测试指令；
17.所述控制模块用于获取所述测试指令，并根据所述测试指令，输出对应的控制信号；
18.所述第一切换模块包括公共端、第一端和第二端，其中，公共端与所述usb从设备的usb2.0接口连接，第一端与所述控制模块连接，第二端与第一测试端连接；所述第一切换模块用于在配置第一测试模式时将其公共端与第一端连接，以使所述usb从设备的usb2.0接口接收所述控制模块输出的控制信号；所述第一切换模块还用于在第一测试模式下将其公共端与第二端连接，以使所述usb从设备的usb2.0接口输出与所述第一测试模式相对应的第一测试信号至第一测试端；
19.所述数字示波器还用于检测所述第一测试端上的测试信号，并根据所检测到的所述第一测试端上的测试信号，对所述usb从设备的usb2.0接口进行电气一致性分析。
20.在一个实施例中，所述第一切换模块还用于在配置第二测试模式时将其公共端与第一端连接，以使所述usb从设备的usb2.0接口接收所述控制模块输出的控制信号，并在第二测试模式下继续将其公共端与第一端连接，以使所述usb从设备的usb2.0接口输出与所述第二测试模式相对应的第二测试信号至所述第二测试端；
21.所述第二测试端用于在第二测试模式下，接收所述usb从设备的usb2.0接口输出的第二测试信号；
22.所述数字示波器还用于检测所述第一测试端或第二测试端上的测试信号，并根据所检测到的所述第一测试端上的测试信号或第二测试端上的测试信号，对所述usb从设备的usb2.0接口进行电气一致性分析。
23.在一个实施例中，还包括：
24.高带宽信号源模块，用于在高带宽测试信号模式下获取控制模块输出的控制信号，并基于所述控制信号产生测试信号序列，对所述测试信号序列的增益进行放大或缩小，得到高带宽控制信号；
25.第二切换模块，包括公共端、第一端和第二端，其中，公共端连接第一切换模块的第一端，第一端连接所述高带宽信号源模块，第二端连接所述控制模块；所述第二切换模块用于在高带宽测试信号模式下将其公共端与第一端连接，以使所述高带宽信号源模块输出高带宽控制信号至所述usb从设备的usb2.0接口；所述第二切换模块还用于在普通测试信号模式下将其公共端与第二端连接，以使所述控制模块输出的控制信号输出至所述usb从设备的usb2.0接口。
26.在一个实施例中，所述高带宽信号源模块包括：
27.可编程逻辑控制器，用于在高带宽测试信号模式下，获取所述控制模块输出的控制信号，并基于所述控制信号产生测试信号序列；
28.所述控制模块还用于在高带宽测试信号模式下，输出增益倍数指令；
29.可变增益放大器，用于获取所述增益倍数指令，对所述测试信号序列的增益进行放大或者缩小至所述增益倍数指令对应的增益倍数，得到高带宽控制信号。
30.在一个实施例中，所述控制模块包括usb设备端口和usb otg端口；
31.所述usb设备端口与所述数字示波器的usb主机端口连接，用于接收所述数字示波
器输出的测试指令；
32.所述usb otg端口具有主机模式和从设备模式，所述控制模块用于根据所述测试指令，将所述usb otg端口配置为主机模式或从设备模式。
33.在一个实施例中，还包括：usb type-a连接器插座；
34.所述usb type-a连接器插座连接于所述第一切换模块的公共端和所述usb从设备之间。
35.在一个实施例中，所述第一切换模块包括：继电器rl1；
36.所述继电器rl1的公共端连接所述usb type-b连接器插座，所述继电器rl1的第一切换端连接所述控制模块，所述继电器rl1的第二切换端连接所述第一测试端。
37.在一个实施例中，所述第二切换模块包括：继电器rl2；
38.所述继电器rl2的公共端连接所述继电器rl1的第一端，所述继电器rl2的第一切换端连接所述高带宽信号源模块，所述继电器rl2的第二切换端连接所述控制模块。
39.在一个实施例中，还包括：连接器j1；
40.所述连接器j1连接所述第一测试端。
41.依据上述实施例的用于usb从设备的usb2.0电气一致性测试装置，通过第一切换模块和第二切换模块的切换连接，实现usb从设备的usb2.0接口的电气一致性的自动化测试，测试效率较高，且不需要用户配备专门的高带宽信号源，节约了用户的测试成本。
附图说明
42.图1为一种实施例的用于usb从设备的usb2.0电气一致性测试装置的结构示意图。
具体实施方式
43.下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
44.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
45.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
46.在对usb2.0接口进行电气一致性测试时，被测试接口(host、device或者hub接口)需要进入usb测试模式。usb测试模式是usb协议上要求的高速usb2.0接口在高速模式(480mbps)下一种特有的模式，在这个模式下，usb不在正常的工作，而是单纯的发送特定的
if官方推出的usb high-speed electrical test tool应用程序下发控制指令，让被测试的usb从设备进入测试模式，需要用户自己定义软件设计进入测试模式，这项工作的前提是用户非常熟悉usb2.0的底层协议，因此增加了测试的难度，对测试者的技术水平要求相对较高。
57.3、usb2.0上行接口在进行接收机灵敏度项目(el16～el18)的测试中，需要用户配备高带宽信号源，产生相应的测试信号序列，才可以进行接收机灵敏度测试。由于能产生符合usb2.0协议规范信号的信号源属于高带宽产品，这类型的信号源的价格非常昂贵，增加了用户的测试成本，不利于用户进行接收机灵敏度项目的测试。
58.基于上述usb2.0电气一致性测试夹具存在的问题，在本发明实施例中，通过第一切换模块和第二切换模块的切换连接，实现usb从设备的usb2.0接口的电气一致性的自动化测试。
59.请参考图1，图1为一种实施例的usb从设备的usb2.0电气一致性测试装置的结构示意图，其包括：数字示波器101、控制模块102、第一切换模块103、第二切换模块104、第一测试端105、第二测试端106、usb type-a连接器插座107和高带宽信号源模块108。
60.数字示波器101用于接收用户输入的测试需求，并根据测试需求，输出对应的测试指令。其中，数字示波器101通过usb主机端口(usb host port)下发测试指令至控制模块102。
61.控制模块102用于获取测试指令，并根据测试指令，输出对应的控制信号。在本实施例中，控制模块102可以为任一微控制器，例如单片机等，控制模块102具有usb设备端口(usb device port)，控制模块102的usb设备端口与数字示波器101的usb主机端口连接，用于数字示波器101输出测试指令至控制模块102。控制模块102基于测试指令，产生控制信号，该控制信号为差分信号序列。此外，控制模块102还具有usb otg端口，usb otg端口具有主机模式和从设备模式两种模式，控制模块102根据其接收的数字示波器101输出的测试指令，将usb otg端口配置为主机模式或从设备模式，由于本实施例提供的电气一致性测试装置为用于usb从设备的usb2.0接口的测试，因此，在本实施例中，控制模块102将usb otg端口配置为主机模式。
62.第一切换模块103包括公共端com1、第一端t11和第二端t12，其中，公共端com1与usb从设备的usb2.0接口连接，第一端t11与控制模块102连接，第二端t12与第一测试端105连接；第一切换模块103用于在配置第一测试模式时将其公共端com1与第一端t11连接，以使usb从设备的usb2.0接口接收控制模块输出的控制信号；第一切换模块103还用于在第一测试模式下将其公共端com1与第二端t12连接，以使usb从设备的usb2.0接口输出与第一测试模式相对应的第一测试信号至第一测试端105。
63.第一测试端105用于在第一测试模式下，接收usb从设备的usb2.0接口输出的第一测试信号。
64.数字示波器101还用于检测第一测试端105上的第一测试信号，并根据所检测到的第一测试端105上的第一测试信号，对usb从设备的usb2.0接口进行电气一致性分析。
65.在一种实施例中，本实施例提供的usb从设备的usb2.0电气一致性测试装置还具有第二测试模式，具体为：第一切换模块103还用于在配置第二测试模式时将其公共端com1与第一端t11连接，以使usb从设备的usb2.0接口接收控制模块102输出的控制信号，并在第
二测试模式下继续将其公共端com1与第一端t11连接，以使usb从设备的usb2.0接口输出与第二测试模式相对应的第二测试信号至第二测试端106。
66.第二测试端106用于在第二测试模式下，接收usb从设备的usb2.0接口输出的第二测试信号。
67.数字示波器101还用于检测第二测试端106上的测试信号，并根据所检测到的第二测试端106上的测试信号，对usb从设备的usb2.0接口进行电气一致性分析。
68.一些测试项目需要高带宽的测试信号进行测试，因此，本实施例通过高带宽信号源模块108来产生高带宽控制信号，无需单独的信号源，结构简单、成本较低。
69.高带宽信号源模块108用于在高带宽测试信号模式下获取控制模块102输出的控制信号，并基于控制信号产生测试信号序列，对测试信号序列的增益进行放大或缩小，得到高带宽控制信号。
70.第二切换模块104包括公共端com2、第一端t21和第二端t22，其中，公共端com2连接第一切换模块103的第一端t11，第二切换模块104的第一端t21连接高带宽信号源模块108，第二端t22连接控制模块102；第二切换模块104用于在高带宽测试信号模式下将其公共端com2与第一端t21连接，以使高带宽信号源模块108输出高带宽控制信号至usb从设备的usb2.0接口；第二切换模块104还用于在普通测试信号模式下将其公共端com2与第二端t22连接，以使控制模块102输出的控制信号输出至usb从设备的usb2.0接口。其中，普通测试信号模式包括：第一测试模式和/或第二测试模式。
71.在一个实施例中，高带宽信号源模块108包括：可编程逻辑控制器(fpga)1081和可变增益放大器(vga)1082。
72.可编程逻辑控制器1081用于在高带宽测试信号模式下，获取控制模块102输出的控制信号，并基于控制信号产生测试信号序列；
73.其中，控制模块102还用于在高带宽测试信号模式下，输出增益倍数指令。
74.可变增益放大器1082用于获取增益倍数指令，对测试信号序列的增益进行放大或者缩小至所述增益倍数指令对应的增益倍数，得到高带宽控制信号。
75.在本实施例中，第一切换模块103和第二切换模块104由控制模块102进行控制。
76.在一种实施例中，第一切换模块103可以为继电器rl1，第二切换模块104可以为继电器rl2。
77.在一种实施例中，本实施例提供的usb2.0接口的电气一致性测试装置还包括：usb type-a连接器插座107；usb type-a连接器插座107连接于第一切换模块103的公共端com1和usb从设备之间，用于将usb从设备连接至电气一致性测试装置。
78.在一种实施例中，数字示波器101具有多个模拟输入通道，由于第一测试端105或第二测试端106上的测试信号为差分信号，因此需要两个通道来获取，可在这些模拟输入通道中选择两个通道来测量第一测试端105或者第二测试端106上的测试信号，例如：数字示波器101具有ch1、ch2、ch3和ch4四个模拟输入通道，将ch1和ch3通道通过两根等长同轴线缆连接到第一测试端105，具体为通过一连接器j1连接至第一测试端，将ch2和ch4通道分别通过有源单端探头连接至第二测试端106。
79.需要说明的是，本发明实施例中涉及的第一测试模式和第二测试模式分别对应的是在控制信号源为控制模块102时，数字示波器获取的第一测试端105和第二测试端106上
的测试信号而进行的一个或多个测试项目，例如，第一测试模式可以包括usb从设备的信号完整性测试项目中的一些测试模式，第二测试模式可以包括usb从设备的包参数测试项目、usb从设备的chirp时序测试项目和usb从设备的挂起/恢复项目中的一些测试模式。另外，本发明实施例中的高带宽信号模式是指控制信号源为高带宽信号源模块108时对应的测试模式。
80.下面对本实施例提供的usb从设备的usb2.0电气一致性测试流程进行说明。
81.(1-1)数字示波器101的usb host port通过usb线缆和usb2.0电气一致性测试夹具的usb device port相连接，usb type-a连接器插座107连接到被测试的从设备的usb2.0接口。
82.(1-2)控制模块102(mcu)上的usb2.0 otg接口配置为host模式。本实施例中的控制模块可通过mcu实现，mcu可以为现有的任一款具有usb接口的单片机。
83.(1-3)数字示波器101的ch1、ch3通道分别通过两根等长同轴线缆连接到测试夹具上的连接器j1(第一测试端105)，ch2、ch4分别通过有源单端探头连接到测试装置上的第二测试端106。
84.(1-4)信号完整性的测试项目(el_2，el_4，el_5，el_6，el_7，el_9)的测试步骤为：
85.a)数字示波器101首先下发命令给控制模块102，控制继电器rl1的公共端com1和第一端t11连接，继电器rl2的公共端com2和第二端t22连接，实现mcu的usb2.0 otg接口和被测试的usb从设备相连。
86.b)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0otg接口下发指令set feature(test_packet)，配置被测试的usb从设备上的控制器进入test_packet测试模式(第一测试模式)，从设备发送特定的测试信号序列到usb总线，来支持信号完整性测试。
87.c)数字示波器101下发命令给mcu，控制继电器rl1的公共端com1连接其第二端t12，被测试的usb从设备到连接器j1的信号链路导通，连接器j1连接有第一测试端105。
88.d)数字示波器101测试到ch1和ch3通道的输入信号为usb从设备发送的test_packet信号序列，数字示波器101将test_packet信号序列中的dp和dm信号相减后，得到usb2.0在高速模式下的差分信号，数字示波器101对该差分信号进行电气一致性分析，输出测试项目el_2、el_4、el_5、el_6、el_7分析报告。其中，差分信号由单端信号dp信号、dm信号组成，dp信号为正极性信号，dm信号为负极性信号，测试装置中的各个测试点均是测试usb2.0接口的单端信号dp信号和dm信号。
89.e)数字示波器101下发命令给mcu，控制继电器rl1的公共端com1切换到第一端t11。
90.f)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0 otg接口下发指令set feature(test_se0_nak)，配置usb从设备上的控制器进入test_se0_nak测试模式(第一测试模式)，usb从设备的控制器将usb总线的dp信号、dm信号拉低后可支持test_se0_nak测试。由上述d)可知，dp信号和dm信号均为单端信号，dp信号为正极性信号，dm信号为负极性信号，dp信号和dm信号组成差分信号。
91.g)数字示波器101下发命令给mcu，控制继电器rl1公共端com1连接其第二端t12。
92.h)数字示波器101测试到ch1和ch3通道的输入的dp、dm信号，数字示波器101对dp、
dm信号进行电气一致性分析，输出测试项目el9分析报告。
93.(1-5)包参数测试项目(el_21，el_22，el_25)步骤为：
94.a)数字示波器101首先下发命令给mcu，控制继电器rl1的公共端com1和第一端t11连接，继电器rl2的公共端com2和第二端t22连接，实现mcu的usb2.0 otg接口和被测试从设备相连。
95.b)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0 otg接口下发指令set feature(single_step_set_feature)，配置被测试的usb从设备上的控制器进入包参数测试模式(第二测试模式)，被测试的usb从设备发送特定的测试信号序列到usb总线。
96.c)数字示波器101测量ch2和ch4通道的输入信号，并将dp和dm信号相减后为usb2.0的高速模式下的差分信号，示波器对该差分信号进行电气一致性分析，输出测试项目el21、el22、el25分析报告。
97.(1-6)chirp时序(el_28，el_29，el_31)的测试步骤为：
98.a)数字示波器101首先下发命令给mcu，控制继电器rl1的公共端com1和第二端t12连接，继电器rl2的公共端com2和第二端t22连接，实现mcu的usb2.0 otg接口和被测试的从设备断开。
99.b)数字示波器101下发命令给mcu，控制继电器rl1的公共端com1触点和第一端t11连接，实现mcu的otg接口和待测从设备相连，mcu和从设备按照usb协议进行握手，即进入chirp时序测试模式(第二测试模式)。
100.c)数字示波器101测量ch2和ch4通道的输入信号，并对信号dp、dm进行电气一致性分析，输出chirp时序测试项目el_28、el_29、el_31的分析报告。
101.(1-7)挂起/恢复/复位(el_27，el_28，el_38，el_40)的测试步骤为：
102.a)数字示波器101首先下发命令给mcu，控制继电器rl1的公共端com1和第一端t11连接，继电器rl2的公共端com2和第二端t22连接，实现mcu的usb2.0 otg接口和被测试的从设备相连。
103.b)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0otg接口下发指令set feature(suspend)，配置被测试的usb从设备上的控制器进入挂起模式(第二测试模式)。
104.c)数字示波器101测量ch2和ch4通道的输入信号，并对信号dp、dm进行电气一致性分析，输出挂起测试项目el_38的分析报告。
105.d)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0otg接口下发指令set feature(resume)，配置被测试的usb从设备上的控制器进入恢复状态。
106.e)数字示波器101测量c2和c4通道的输入信号，并对信号dp、dm进行电气一致性分析，输出恢复测试项目el_40的分析报告。
107.f)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0otg接口下发指令set feature(reset)，配置被测试的usb从设备上的控制器进入复位状态。
108.g)数字示波器101测量ch2和ch4通道的输入信号，并对信号dp、dm进行电气一致性分析，输出恢复测试项目el_27的分析报告。
109.h)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0otg接口下发指
令set feature(suspend)后再发送set feature(reset)，配置被测试的usb从设备上的控制器从挂起状态进行复位操作。
110.i)数字示波器101测量c2和c4通道的输入信号，并对信号dp、dm进行电气一致性分析，输出从挂起到复位的测试项目el_28的分析报告。
111.(1-8)上行接口的接收机灵敏度测试(el_16,el_17,el_18)的测试步骤为：
112.a)数字示波器101首先下发命令给mcu，控制继电器rl1的公共端com1和第一端t11连接，继电器rl2的公共端com2和第二端t22连接，实现mcu的usb2.0 otg接口和被测试的usb从设备相连。
113.b)数字示波器101配置mcu上的usb2.0 otg接口，让mcu通过usb2.0 otg接口下发指令set feature(test_se0_nak)，配置被测试usb从设备的控制器进入test_se0_nak测试(高带宽测试信号模式)。
114.c)数字示波器101下发命令给mcu，控制继电器rl2的公共端com2触点和第一端t21触点连接。
115.d)mcu下发命令给fpga，让fpga产生一个bit[44:1]＝0’x0f_2aa7_22aa的序列给vga，速率为480mbps，该序列模拟一个同步域(sync field)长度为12bit的in令牌包，同时mcu通过增益倍数控制信号，让vga将输入信号序列的峰峰值vpp调整到一个合适的输出幅度值例如800mvpp，最终得到模拟usb2.0差分信号，并将模拟usb2.0差分信号输出给usb从设备。
[0116]
e)数字示波器101测量ch2和ch4通道的usb2.0的单端dp与dm信号，并且将dp与dm相减，得到一个高速差分信号，针对每一个in令牌包，如果待测从设备均反馈一个nak包信号，则认为测试项目el_18测试通过，否则测试失败。
[0117]
f)mcu下发命令给fpga，让fpga产生一个bit[64:1]＝0’x00f2_aa72_2aaa_aaaa的序列给vga，速率为480mbps，该序列模拟一个usb2.0的in令牌包，同步域(sync field)长度为32bit，同时mcu通过增益倍数控制信号，让vga对输入信号序列的峰峰值进行放大，其输出序列的峰峰值连续变化，最小值小于100mvpp，最大值大于800mvpp。
[0118]
g)当vga输出的序列的峰峰值vpp小于100mv时候，针对每一个in令牌包，被测试的从设备都不返回nak包，则认为el_16项目测试通过，否则测试失败。
[0119]
h)如果vga输出序列的峰峰值大于等于150mvpp，针对每一个in令牌包，被测试的从设备均返回一个nak包，则认为el_17项目测试通过，否则测试失败。
[0120]
在上述的(1-4)～(1-8)的测试项目中，用户也可以根据自己的测试需求，选择部分项目进行usb2.0电气一致性分析。
[0121]
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。