如何辨別USB2.0及USB3.0? USB2.0 速度? 手把手教您如何用示波器測試USB2.0

本文將圖示秒解USB2.0與USB3.0的差別並手把手教您如何使用keysight示波器測USB2.0，及如何自動產出甚至輕鬆讀懂測試報告！

** 2020.07.30更新：依據目前新的USB2.0 CTS規範，USB2.0測試至少需要2.5GHz頻寬示波器 ** 

 

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USB機械電子標準一覽表 / USB2.0 v.s. USB3.2 / Type-A v.s. Type-B(下圖取自維基百科)

 

實際拍攝USB 2.0 與 USB 3.0 差別圖

<< USB 2.0 實際圖示<< USB 3.0 實際圖示
 

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USB3.0和USB2.0的規格差別與測試工具介紹

1. 傳輸速度：
　　USB2.0的理論最高傳輸數據是480Mbps（約為60MB/s），USB3.0的理論最高速度高達5Gbps（約為640MB/s）

2. 雙向傳輸：
　　除了傳輸速度之外，USB3.0還可以"雙向資料傳輸"，USB3.0在寫入資料的同時，也能讀取數據，並且不會互相干擾。

3.  耗電量：
　　USB 3.0 多了休眠和電源管理設計，即使在高速傳輸的狀態下，也不會增加耗電量，反而會減少傳輸消耗的時間，因此耗電量會比 USB 2.0少。

4.  要達到USB 3.0 測試，示波器頻寬需達 13GHz
     USB 2.0 測試，示波器頻寬需達 2.5GHz

 

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如何執行 USB 2.0 信號品質分析測試呢?首先，需要準備一台示波器。

　　USB 2.0 信號品質分析應用需要韌體版本 3.10 或更高的 Keysight InfiniiVision 4000X(僅能執行全速及低速)/6000 X/S 系列 系列示波器。

　　對於高速測試(High speed)：

　　- 高速測試需要 2.5 GHz 頻寬型號示波器(Keysight InfiniiVision 6000 X/S 系列 系列示波器)
　　- 不支援以單端 SMA 纜線連線在 2 通道示波器上進行 「高速」測試，因為取樣率 不會達到所需的 5 GSa/s 速率。在 2 通道示波器上使用差分測試棒，運作效果 良好。

　　對於全速與低速測試(Full speed/Low speed)：

　　- 可以使用 200 MHz、350 MHz、500 MHz、1 GHz 或 1.5 GHz 頻寬型號的示波器執行 「全速」與 「低速」測試。 最適合在 4 通道示波器中執行「全速」測試，因為使用 2 通道示波器時，通道 1 和 2 是非交錯式的，取樣率會低於 USB-IF 測試程序需要的 4 GSa/s。
若在 2 通道示波器上執行 「全速」測試，則會在資料上使用內插法。

　　對於示波器內選用的 USB 2.0 觸發及解碼：

　　- 選用的 D4000USBA / D6000USBA USB 測試軟件是非常實用的工具，能識別並觸發您可能希望對其執行 USB 信號品質測試的封包。

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USB 2.0 信號品質分析應用軟體支援兩種使用模式：
1. 您可以使用真實封包快速測試電路中的 USB 信號品質。在此情況下：

　- 您可使用測試固定裝置這種輕鬆的方式探測信號。
　- 可能必須先調整 USB SQ 分析應用的 「自動設定」，然後才能分析實際封 包。

2. 您可驗證信號品質是否遵循 USB 2.0 規格。在此情況下：
　- 您必須使用 USB 設計論壇 (USB Implementers Forum, USB-IF) 要求的測 試固定裝置、設備和測試設定。
　- USB SQ 分析應用的 「自動設定」應針對所需的測試封包依現狀運作。


信號品質分析應用：
-  讓您為裝置和主機選取 「高速」、「全速」或 「低速」測試。對集線器同時 執行裝置和主機測試，可測試集線器。
- 對所選速度與裝置類型組合執行所有信號品質測試。
-  針對所選測試自動設定示波器。
-  針對已執行的各項測試提供詳細的結果資訊。
-  讓您將詳細的結果資訊儲存至 HTML 報告。
 

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裝置高速信號品質測試

1. 用於裝置高速信號品質測試的設備

>> 示波器: Keysight 6000 X 系列/S 系列 >2.5 GHz 頻寬型號
>> 示波器探測解決方案：
      差動測試棒：搭配 E2678A 或 E2669A 的 Keysight 113xA
　　SMA 纜線：Keysight 15443A 配對纜線組或同等纜線
>> 主機測試台電腦：搭配 Windows XP、Windows 7 或 Windows 8 作業系統、具備高速 USB 連接 埠的任何電腦。
>> 裝置高速信號品質測試固定裝 置與 4 英吋 USB 纜線
>> 5V 電源供應器

2. 裝置高速遵循測試封包

　　若要設定主機電腦以傳輸遵循測試封包，請執行這些步驟：
       >> 在 「高速電子測試台」電腦上叫用 「HS 電子測試工具」軟體。
       >> 選取裝置並按一下測試按鈕，開啟 「裝置測試」對話方塊。
        >> 在 「裝置測試」對話方塊中，應使用裝置的 VID ( 和所連接的根連接埠一同 顯示 ) 列舉待測裝置。
        >> 從裝置指令下拉式功能表中選取 TEST_PACKET，並按一下執行。這樣會強制待 測裝置持續傳輸測試封包。

3. 示波器按下「Analyze」按鈕，在 「分析」功能表中按下 特性 軟鍵；再選取 USB 信號品質。按下測試軟鍵並選取裝置高速信號品質測試。

4. 按下自動設定軟鍵，以自動設定要用來進行所選測試的示波器。
為了取得最佳測試結果，您可調整 「自動設定」。通常您會希望示波器的顯示 器上顯示一個封包的資料，以及各端一個位元的時間。同時，也應調整垂直刻 度與偏移，使信號能顯示在六個垂直區域內而不致遭到裁切。

5. 按下執行測試軟鍵，執行所選信號品質測試。 測試執行時，示波器會在執行時停止擷取，然後分析畫面上的資料，接著顯示結果。
(PS. 測試可能花費數分鐘執行，一旦開始就無法取消。)

6. 測試完成後，會自動顯示結果。您可按下顯示結果軟鍵，停用或重新啟用測試 結果的顯示。

7. 將測試結果儲存為 HTML 檔案

若要儲存 USB 2.0 信號品質測試結果：
　1 將 USB 儲存裝置連接到示波器的 USB 主機連接埠之一。
　2 在示波器的前面板上，按下 [Save/Recall] 儲存 / 呼叫 > Save 儲存 > Format 格式，並選取 USB 信號品質選項。
　3 按下第二個軟鍵，再使用文檔瀏覽器瀏覽至要儲存測試結果檔案的位置。
　4 按下檔案名稱軟鍵，並指定測試結果檔案的名稱。
　5 按下按下以儲存按鍵。


關於全速／低速測試，請右下角私訊小編，或參閱操作手冊(點我查看)


* 文中相關資料介紹：
- Keysight 4000X 系列
- keysight 6000X 系列
- keysight S 系列
- DSOS系列 高解析度示波器
- 示波器探棒選購指南
- 其他示波器白皮書
 

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