前言:
USB设备简单易用，支持热插拔，速度快，广泛应用于PC平台和外围设备。可以说USB是目前最成功的I/O技术。而且随着USB4.0标准的发布，USB接口的应用范围势必更加广泛。不过我们今天的话题还是最主流的USB2.0标准接口。
一、USB2.0的信号完整性测量项目
首先，根据USB协会的要求，用于USB信号测试的示波器带宽至少要达到1.5GHZ，最好选择带宽为2GHZ或2.5GHZ的示波器来测试高速USB信号。
测试高速USB所需的测试包括:
1、高速信号质量
2.接收灵敏度
3.啁啾时间序列
4.包装参数
等等，其中最重要的是高速信号质量测试，包括以下几项:
1.可见图形
2.包装尾部的宽度
3.信号速率
4.上升/下降时间
5.交叉点电压范围
6.JK/KJ抖动
7.持续摇动
二。USB测试中遇到的关键问题
1。USB信号质量测试近端和远端有什么区别？
近端是指对被测件USB接口上发送质量的要求，远端是指信号通过线缆传输到达对端USB接口时对信号质量的要求。近端信号的幅度需求远大于远端信号的幅度需求。
通常情况下，设备测试采用近端法。通过近端测试意味着信号可以通过标准USB电缆额外传输，距离最多可增加5米。在某些情况下，被测部分很难通过近端模板的测试(比如用Micro-USB转USB线连接定位器进行测试，会影响信号质量)。此时，用户可以按照远端标准进行测试。
通过远程测试意味着设备只能在测试端口上连接对面的USB设备，不能额外增加传输线缆。
2。USB2.0高速模式的标称数据速率为480Mbps。为什么传输速率达不到那么高？
40 Mbps是最高的数据跳跃速率。由于USB2.0是发送和接收的常用总线，发送和接收时有总线切换时间，每个数据包也有报头和报尾等信息，所以实际数据速率远低于480Mbps，一般为20到30MB/S，非常不错。
3。USB电缆的阻抗是多少？
USB线的阻抗为90ω(15%)。
4.USB2.0高速模式下的总线电路模型是什么？
如下图所示:
5.什么是下垂测试和跌落测试？
注意上面标题中Droop和Drop的区别:
A.Droop test是测试主机下行端口对于插拔瞬间的供电能力。通常情况下，外设的插拔瞬间可能会产生较大的冲击电流。此时，如果主机压降较大，可能会导致主机死机；
B.跌落测试是测试满载条件下的静态电压变化。
综上所述，下垂测试是交流测试，而跌落测试相当于DC测试。
此外，Droop和Drop测试都与主机的电源容量有关。对于外设，需要控制插入瞬间吸收的电流。这个测试项目叫做涌入测试。
6。USB2.0的速度识别
USB2.0有三种速度标准:
一、低速
全速前进
c、高速
其中低速和全速&高速通过DP/DM的上拉电阻来区分，而全速和高速通过所谓的啁啾来协商。
7.如果USB2.0一致性测试失败，如何调试？
问题主要分为物理层和协议层。如果眼图、上升时间、下降时间等物理层问题不能满足规范要求，可以从互连通道的阻抗连续性和损耗、电源噪声、参考时钟等方面解决。如果是协议层问题，可以使用带USB解码和触发功能的示波器或者专用的协议分析仪。
8.USB2.0的拓扑
USB2.0是主从星型结构。主机是主机，从机是设备。该设备包括USB功能和USB集线器。USB总线基于分层星型拓扑结构，以集线器为中心，连接周围的设备。总线上最多可以连接127个设备，串联的集线器最多5个。
9、USB设备插入和检测机制
当主机未连接时，主机的DP/DM处于低电平(SE0状态)。当SE0持续一段时间，则被主机认为断开。
当设备连接到主机时，当主机检测到某个数据电平变高并持续一段时间时，就认为有设备连接。在重置设备之前，主机必须立即对总线状态进行采样，以判断设备的速度。
10.USB总线的信号类型
使用USB差分传输模式，两条数据线D+/D-:
J状态和K状态
低速下：D+为“0”，D-为“1”是为“J”状态，“K”状态相反；全速下：D+为“1”，D-为“0”是为“J”状态，“K”状态相反；高速同全速。SE0状态
D+为“0”，D-为“0”IDLE状态
低速下空闲状态为“K”状态；全速下空闲状态为“J”状态；高速下空闲状态为“SE0”状态。
11。USB2.0的路由规则
(1)元件布局时，尽量使差分线最短，以缩短差分线的走线距离(√为合理方式，×为不合理方式)；
(2)优先画差分线，一对差分线上尽量不要超过两对过孔(过孔会增加线路的寄生电感，从而影响线路的信号完整性)，并且要对称放置(√为合理方式，×为不合理方式)；
(3)对称平行走线，可以保证两线紧密耦合，避免90°走线。弧形或45°是较好的走线方式(√为合理方式，×为不合理方式)；
(4)差分串联电阻电容、测试点、上拉下拉电阻的放置(√为合理方式，×为不合理方式)；
(5)由于引脚分布、过孔、走线空等因素，差分线长容易不匹配。一旦线路长度不匹配，时序就会偏移，并引入共模干扰，从而降低信号质量。所以要对差分对的失配进行相应的补偿，使线路长度匹配，长度差通常控制在5mil以内。补偿的原理是在出现长度差的地方进行补偿。
(6)为了减少串扰，在空之间允许的情况下，其他信号网络对地与差分线的距离至少应为20mil(20mil是经验值)，对地与差分线距离过近会影响差分线的阻抗；
(7)7)USB的输出电流是500mA，所以要注意VBUS和GND的线宽。如果1Oz铜箔的线宽大于20mil，就能满足载流要求。当然，线宽越宽，电源的完整性越好。
常见USB设备的差分线信号的线宽和线间距应与整板一致。但是，当USB设备工作在480 Mbits/s的速度时，仅仅做到以上几点是不够的。我们还需要控制差分信号的阻抗。控制差分信号线的阻抗对于高速数字信号的完整性非常重要。
因为差分阻抗影响差分信号的信号线上的眼图、信号带宽、信号抖动和干扰电压。一般来说，差分线路阻抗控制在90 (10%)欧姆(具体数值参考芯片手册的说明)。差分线阻抗与线宽W1、W2、T1、介电常数Er1、线间距S1和参考层的距离H1成反比。下图是差分线的横截面图。
下图是四层板的参考叠层，中间两层是参考层，参考层通常是GND或电源，差分线对应的参考层必须完整，不能分割，否则差分线的阻抗会不连续。如果四层板的设计如图2所示，采用4.5密耳的线宽和5.5密耳的线间距可以满足90ω的差分阻抗。
但是，4.5密耳的线宽和5.5密耳的行距只是我们的理论设计值。最终PCB厂会根据需要的阻抗值和实际生产情况以及板材对线宽和线间距以及到参考层的距离进行适当的调整。
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