Der USB4®-Zertifizierungsprozess und USB4® v2-Update

USB4® steht für Universal Serial Bus 4, unterstützt höhere Datenraten von bis zu 80 Gbit/s (Gen4 x2), eine höhere Bildschirmauflösung (16K-Auflösung mit HDR bei 60Hz oder zwei 8K-Displays bei 120Hz) und eine verbesserte Austauschbarkeit mit anderen Anschlüssen wie USB 3.2®, DisplayPort und PCIe. Der 2019 eingeführte USB4®-Anschluss bietet externen Geräten eine Ein-Kabel-Dockingstation-Lösung für Laptops, Desktops und andere Host-Geräte. Daher wurde USB4® von den wichtigsten Chipsatzherstellern übernommen.

USB4® v2 wurde später vom USB® Implementers Forum (USB-IF) im Oktober 2022 veröffentlicht. Es verdoppelt die Leistungsfähigkeiten von kabelgebundenen USB®-Verbindungen zu externen Laufwerken, 4K- und 6K-Displays. Die PHY-Architektur basiert auf PAM-3-Signalkodierung über bestehende passive 40-Gbps-Typ-C-Kabel und neu definierte aktive 80-Gbps-Typ-C-Kabel und ermöglicht es USB4® v2, bei asymmetrischer Konfiguration bis zu 120 Gbps in eine Richtung und 40 Gbps in die andere Richtung zu liefern.

Wo kann USB4® v2 verwendet werden?

USB4® v2 ermöglicht die Speicherung von HD-Videos und den einfachen Zugriff auf schnelle externe Laufwerke mit minimaler Latenzzeit für datenintensive Aufgaben wie Videobearbeitung. Diese Version unterstützt auch mobile und Netzwerkspeicheranwendungen und ermöglicht es Laptops, Video, Audio, Daten und Strom auf einem einzigen Kabel zu kombinieren, um die mobile Arbeit zu erleichtern. Dadurch wird auch der Wechsel zwischen Büro, Besprechungsräumen und Heimbüro reibungsloser.

Überblick von USB4® v2

Der USB® Gen 4-Betriebsmodus wird von den Spezifikationen der elektrischen Schicht für die Router-Baugruppe unterstützt. Die Spezifikationen für die elektrische Schicht beschreiben die Anforderungen und Testmethoden für eine zuverlässige Kommunikation und Interoperabilität über USB4® -Verbindungen, die passive oder aktive Kabel verwenden.

So werden beispielsweise mit der 3-stufigen Puls-Amplituden-Modulation (PAM3) bei einer Baudrate von 25,6 GB pro Spur Daten über die physischen Medien übertragen. Jedes PAM3-Symbol kodiert 1,57 Bits, die durch die Zuordnung von 11 Bits zu 7 Trits erhalten werden. Außerdem arbeiten Gen 4 Links mit Trit-Fehlerraten von 1E-8 oder weniger ohne Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC). Schließlich kann Spread-Spectrum-Clocking (SSC) auf Hochgeschwindigkeitsübertragungssignale angewendet werden, wobei eine einzige Taktquelle für alle Sender innerhalb eines USB4® Ports verwendet wird.

USB4® v2 80 Gbps-Sendertest

Die folgende Tabelle zeigt die Testgeräte für die USB4® v2 Gen4 Electrical CTS, Revision 0.9

Gen4-Rückflussdämpfung

Es ist wichtig zu beachten, dass USB® Gen4 eine geringere Rückflussdämpfung bei der Komponentenauswahl für ESD für USB4® v2 Gen4 erfordert. Außerdem wird der IRL-Test normativ sein, da man die IL der kürzeren Leiterbahn berücksichtigt. Die Ergebnisse der vorherigen RL werden nur als Referenz verwendet. Während des Tests selbst ist es wichtig, Impedanzunterbrechungen, Reflexionen und die Größe der Komponenten zu berücksichtigen.

Gen3

Gen4

Tx-Test mit SigTest

Der Transmittertest mit Sigtest muss durchgeführt werden, um die Voreinstellungen von 0 bis 41 zu erfassen. Die Anzahl der Prüfspuren wird durch die Fähigkeit zur Symmetrieunterstützung bestimmt.

• Nur Symmetrie: Insgesamt 2 Fahrspuren oder Anschlüsse.
• Asymmetrie: Insgesamt 4 Fahrspuren oder Anschlüsse, die die doppelte Prüfzeit benötigen.

USB4® v2 80Gbps Empfängertest

USB4® Gen4 Rx-Kalibrierung

Bei der Rx-Kalibrierung wird zunächst der passive USB® Type-C-Kabel geprüft, dessen Einfügedämpfung (ILfit) auf -7,5 bei 10 GHz und -9,5 dB bei 12,8 GHz eingestellt sein muss. Jedes einzelne physikalische Lane-Paar, das für die Empfängertests verwendet wird, muss ebenfalls einen Toleranzbereich von [-0 : + 1] bzw. [-0 : + 1,5]dB aufweisen.

Für den Testkanal mit Steckdoseneinsatz ohne Einbettung ist ein Einfügungsdämpfungsziel von (-19dB – BERT_IL) @ 12.8GHz ± 0.5dB zu empfehlen.

Berücksichtigung der Signalintegrität

Bei der Messung der Signalintegrität sind die folgenden Überlegungen anzustellen.

• SNDR (Signal-Rausch-Verzerrungsgrad)
  • Crosstalk
  • PCB Trace Space/ Layout
• DDJ, ISI
  • PCB-Dämpfung, Impedanz
  • Auswahl, Größe und Platzierung von SMT-Bauteilen
  • Durchkontaktierung

• IRL

• Variation der Leiterbahnimpedanz
• Auswahl und Größe von SMT-Bauteilen und deren Platzierung

USB4®-Zertifizierungsanforderungen

Alle Hosts, Hubs, Docks und Peripheriegeräte müssen den USB4®-Konformitätstest bestehen, egal ob es ein Silikon oder ein Endprodukt ist.

 **USB® PD-Komponenten müssen die USB® PD-Konformität erfüllen, unabhängig davon, ob sie Teil des USB4®-Siliziums sind. Für Komponenten, die NICHT Teil des USB4®-Siliziums sind, wird empfohlen, einen Re-Run auf einer Referenzplattform durchzuführen.

USB4®-Mehrzyklustest

USB4®-Mehrzyklustest kann je nach UUT-Typ, wie im obigen Diagramm dargestellt, eingerichtet werden. Die Tests für A.1.1 sowie A.1.3 bis A.1.6 müssen für 10 Zyklen durchgeführt werden, um die folgenden Informationen zu überprüfen:

• Host UUT: Überprüfen Sie, ob alle USB4®-Hubs aufzählen (Für jedes DFP wiederholen)
• Device UUT: Überprüfen Sie, dass UUT aufzählen
• Hub/Dock UUT: Überprüfen Sie, ob UUT und USB4®-Geräte aufzählen

USB4® Interop CTS-Tests

• A.1.1 Inaktiv Trennen & Wiederverbinden
  A.1.3 Schlafen/Wecken
  A.1.4 Ruhezustand/Wiederaufnahme
  A.1.5 Neustart
  A.1.6 Herunterfahren/Einschalten

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