Pruebas de conformidad de suministro de energía USB con osciloscopios Rohde & Schwarz

Su tarea

Confirmar la correcta negociación de energía entre dos interfaces USB Type-C con las pruebas de conformidad de suministro de energía USB. Además del cumplimiento de la capa PHY, es necesario probar el cumplimiento del protocolo en todos los tipos de topologías de sistema.

Información de fondo

Suministro de energía USB

El foro de implementadores de USB (USB-IF) mejorado USB 2.0y USB 3.1con la especificación del suministro de potencia USB. Esta especificación permite un suministro de potencia flexible de 100 W(hasta 20 Vy 5 A). El suministro de potencia USB funciona con más eficiencia en conectores USB Type-C con USB-IF definido y con cableado homologado hasta USB 3.1Gen 2velocidad de transferencia de datos (10 Gbps). El nuevo diseño admite orientación inversa del conector para facilitar la conexión. El conector USB Type-C de 24 contactos de dos caras incluye pistas de transmisión de datos de alta velocidad y una interfaz mejorada de suministro de energía. Los host USB, los dispositivos y los accesorios negocian la capacidad de suministro de energía a través del protocolo de comunicaciones USB PD que se ejecuta en el recién introducido canal de configuración (CC). Este protocolo de enlace confirma la relación proveedor-consumidor y verifica el perfil de máxima energía posible. En este diagrama se explican las distintas topologías USB PD admitidas para proveedores de energía, consumidores de energía o dispositivos duales.

Las interfaces USB Type-C suministran la energía a través de cuatro pares de contactos específicos (V_bus). USB-IF definió cinco diferentes perfiles USB PD para que la industria trabaje con ellos.

Los adaptadores y cables USB Type-C totalmente compatibles están marcados electrónicamente (e-mark) y contienen un chip de función ID accesible a través de la interfaz CC. La prueba de la funcionalidad e-mark forma parte de la especificación de ensayos de conformidad de suministro de energía USB (CES).

Integridad BMC PHY

El protocolo USB PD en la interfaz de comunicaciones CC utiliza una codificación de código de marca bifásico (BMC) para intercambiar los perfiles de energía entre dos interfaces USB Type-Cinterfaces de control remoto disponibles.

Para garantizar la interoperabilidad entre componentes y dispositivos USB, y para evitar daños por sobretensión y corriente, es importante que la señal BMC se comunique tal y como está especificada en el estándar. Por ello se prueba la señalización BMC PHY con máscaras de aceptación. Las secuencias moduladas de señales de lógica "uno" y "cero" se evalúan por separado en dos perfiles de máscara distintos que se muestran en la página siguiente.

Esquema de señal USB PD BMC y máscara de aceptación para "uno" (izquierda) y "cero" (derecha)

La solución de Rohde & Schwarz

El ensayo de conformidad USB confirma la correcta negociación de potencia en el enlace CC de las interfaces USB Type-C a frecuencias de 270 kbpsa 330 kbpsverifica la calidad de la potencia suministrada en los pines Vbus. Los parámetros clave a la hora de seleccionar un osciloscopio como principal herramienta de adquisición de señal para ensayos de conformidad USB PD son un alto rango dinámico de medición, rápida adquisición y procesamiento, así como una entrada nativa de 1 MΩpara las sondas de corriente.

Rohde & Schwarzofrece, en colaboración con su aliado Granite River Labs (GRL), una solución de ensayo de conformidad con el osciloscopio digital R&S^®RTE o el osciloscopio R&S^®RTO. El software de análisis GRL-USB-PD de GRL controla los equipos de prueba y ejecuta las pruebas eléctricas y de protocolo.

Configuraciones de medición

La configuración depende del papel adoptado por el dispositivo bajo prueba. En todos los casos el osciloscopio R&S^®RTE o el R&S^®RTO adquiere las formas de onda USB PD para analizar su conformidad y verificar el protocolo. Para medir el voltaje (V_bus) y la corriente (I_L) en el suministro del V_busse requiere de una sonda de voltaje pasiva y una sonda de corriente. Otra sonda de voltaje se conecta al enlace de comunicaciones CC. La prueba de los cables y adaptadores USB Type-Cse centra en la validación del código e-marken el enlace de señal CC.

Herramienta de ensayo de conformidad GRL-USB-PD

GRL ha desarrollado GRL-USB-PD, el software para ensayos de conformidad USB PD, basados en USB Type-CCTS. La herramienta utiliza las formas de onda adquiridas para generar diagramas de ojo para pruebas de máscaras de conformidad y realiza mediciones de pruebas eléctricas paramétricas. También decodifica la señalización BMC para la prueba de protocolo. Para los cables y adaptadores USB Type-C, la herramienta GRL-USB-PDadmite ensayos de conformidad USB Type-Ccódigo e-mark. En combinación con el controlador de pruebas GRL USB Type-C, el software GRL-USB-PDofrece una solución para ensayos de conformidad completamente automatizada. Al final de las pruebas, el software genera un completo informe.

El software GRL-USB-PD cubre las pruebas siguientes:

• Conformidad de la capa física eléctrica (BMC-PHY)
  • Diagrama de ojo
  • Mediciones de tiempo (p. ej., velocidad de bits, tiempo de subida)
  • Comprobación CRC
• Conformidad de protocolo USB PD y decodificación (BMC-PROT)
  • Decodificación de paquete línea CC
  • Decodificación VDM para cables y adaptadores USB Type-C
• Pruebas de fuente/receptor de energía (BMC-POW)

Controlador de prueba USB Type-C

GRL ha desarrollado el hardware controlador de pruebas USB Type-C (GRL-USB-PD-C1). Tiene funciones de controlador USB PD integradas, una fuente de poder para pruebas de consumo y brinda conectividad al dispositivo y al resto de equipamiento de pruebas. El controlador configura el dispositivo bajo prueba para enviar las respuestas USB PD adecuadas para la prueba de conformidad.

Carga electrónica

Es necesario aplicar una carga distinta para cada perfil de energía probado con objeto de garantizar que el proveedor USB PD suministra suficiente energía. Las cargas electrónicas de Chroma Systems Solutions, por ejemplo, permiten simular distintos escenarios de energía.

Otras capacidades de prueba USB con los osciloscopios digitales R&S®RTE y R&S®RTO

Pruebas de conformidad USB 2.0

Equipado con la opción de ensayos de conformidad R&S^®RTO-K21USB 2.0, y junto con el accesorio de fijación R&S^®RT-ZF1USB para ensayos de conformidad, el R&S^®RTO puede utilizarse para ensayos de conformidad de USB 2.0/1.1/1.0e interfaces HSIC. Basada en el R&S^®ScopeSuite, los ensayos de conformidad son totalmente automáticos y ofrece total flexibilidad para depuración, mediciones y certificación de conformidad.

USB 2.0 disparo y decodificación

La opción R&S^®RTE-K60/RTO-K60 para el R&S^®RTE/RTO admite decodificación de protocolos y disparo para USB 2.0/1.1/1.0y HSIC. Su rápido procesamiento, visualización flexible de los datos decodificados y también un completo conjunto de sucesos de disparo hacen de esta opción una herramienta esencial para depuración de diseños integrados que tengan interfaz USB.