USB 是 Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦和外部設(shè)備之間的連接和通訊。在其由1996年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合推出后，逐漸替代了串口和并口，被廣泛用于個人電腦和移動設(shè)備等產(chǎn)品，成為當(dāng)今電腦和幾乎所有智能設(shè)備的必備接口。USB接口支持設(shè)備熱插拔功能，可以做到即插即用。

現(xiàn)有的USB規(guī)范可以被分為USB 2.0、USB3.2及USB4^TM。下面對各規(guī)范的發(fā)展歷程進(jìn)行介紹。

01

USB1.0&USB1.1

USB在設(shè)計之初，主要目的是要設(shè)計一個通用的外設(shè)接口，統(tǒng)一如RS232等各類的接口，解決針式接口易損壞的問題，同時采用便于插拔的非卡扣式設(shè)計。USB 1.0規(guī)范在 1996 年出現(xiàn)時，速率只有1.5 Mbps。隨著USB 1.1 規(guī)范于1998年被發(fā)布，速率相較于前代，提升了8倍，為12 Mbps，同時首次實現(xiàn)了對USB Hub 的支持。

02

USB 2.0

USB 2.0 規(guī)范由USB 1.1 規(guī)范演變而來，于2000年被發(fā)布。其傳輸速率達(dá)到了480 Mbps，同時向下兼容USB 1.1 和USB 1.0 標(biāo)準(zhǔn)。能讓移動設(shè)備直連U盤的OTG 技術(shù)也在當(dāng)時一同被提出。同時USB-IF將原先的USB 1.1 和USB 1.0 全部“更名”為USB2.0, 并以“USB2.0 Low Speed”、“USB2.0 Full Speed”、“USB2.0 Hi-Speed”對不同速率進(jìn)行區(qū)分。在產(chǎn)品認(rèn)證方面，圖標(biāo)也發(fā)生了變化。

03

USB3.0 & USB3.1 & USB3.2

2008年，全新的USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)被正式發(fā)布，由于接口定義和電氣形狀都發(fā)生了改變，USB 3.0 的速率也提升至了5G bps，同時改用了藍(lán)色接口作為新標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識。2013年，USB 3.1規(guī)范正式發(fā)布，其接口速率再次翻倍，提升至10 Gbps，同時引入全新Type-C測試接口，提升接口供電能力。隨后USB-IF 將USB3.0 更名為USB3.1 Gen1， USB3.1 更名為USB3.1 Gen2。USB3.2規(guī)范于2017年被提出，傳輸速率翻倍至20 Gbps。USB 3系列再次更名，USB3.0 更名為USB 3.2Gen1，USB 3.1 更名為 USB 3. 2 Gen2x1, USB3.2 更名為USB3.2 Gen2x2。

04

USB4^TM

近期，USB4^TM標(biāo)準(zhǔn)被正式發(fā)布，除了速率翻倍提升至 40 Gbps外，廢棄了除Type-C之外的全部接口類型規(guī)范，同時名稱也顯著區(qū)別于此前版本。與之前USB版本相比，USB4除具有最大速率 40 Gbps的優(yōu)點外，還有可與Thunderbolt 3設(shè)備兼容的特性。同時對于視頻資源會有更好的分配。

下表對于USB的各個協(xié)議版本進(jìn)行了歸類，可以更直觀的看出USB標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程：

02

USB4^TM和USB3.2的測試要求

對于目前廣泛采用的USB4^TM和USB 3.2標(biāo)準(zhǔn)，其物理電氣特性主要區(qū)別如下表所示：

除數(shù)據(jù)速率存在區(qū)別外，不同標(biāo)準(zhǔn)采用的編碼方式、加重參數(shù)，接收端均衡參數(shù)都有不同要求。每種協(xié)議支持的線纜長度決定了不同標(biāo)準(zhǔn)下鏈路損耗的區(qū)別，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和測試時需要詳細(xì)評估。此外，對于USB標(biāo)準(zhǔn)中的LFPS信號，也有了不同定義。

針對于不同標(biāo)準(zhǔn)，其測試方法也會有所區(qū)別。下面以接收端測試為例進(jìn)行說明。

USB4^TM接收端的測試點定義如下圖所示，TP3和TP3’是接收端的測試點，其中TP3’在Router組件接收端輸入的插頭側(cè)。TP3位于無源電纜遠(yuǎn)端的USB Type-C接頭輸出。

在進(jìn)行電氣性能的接收端測試時，使用無Pre-Coding或者FEC情況下的獨立模式進(jìn)行測試，基于誤碼儀發(fā)出的PRBS碼型進(jìn)行，這是由于評定編碼后的誤碼表現(xiàn)需要極長的測試時間。

接收端測試對于測試儀表也會有所要求。測試儀表需要支持標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的速率，同時支持通過校準(zhǔn)生成符合協(xié)議要求的壓力信號，且支持抖動容限測試能力。

上圖為安立公司的全自動化USB4^TM測試方案，可以通過自動化軟件進(jìn)行壓力信號校準(zhǔn)和測試，以減少設(shè)計驗證的時間。此方案支持了USB4^TM協(xié)議中規(guī)定的兩種測試配置（Case1：低插入損耗、Case2：最大插入損耗）和20種壓力信號條件的測試，如下圖所示。