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[技術文章]教您辨認USB3.0/USB2.0並解析USB 2.0量測步驟，USB2.0實際量測影片

2020-03-10

如何辨別USB2.0及USB3.0? USB2.0 速度如何? 使用示波器測試USB2.0手把手影片教學

本文將圖示秒解USB2.0與USB3.0的差別並手把手教您使用keysight示波器測USB2.0，及說明如何自動產出可以輕鬆讀懂的測試報告(提供實際測試影片)！

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，推薦使用Keysight S系列/EXR系列示波器，提供實際測試影片手把手測試

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)

USB機械電子標準一覽表_USB2.0_USB3.2_Type-A_Type-B

實際拍攝USB 2.0 與 USB 3.0 差別圖

如何辨認USB2.0_USB2.0實際拍攝照片
↑　USB 2.0 實際圖示
如何辨認USB3.0_USB3.0實際拍攝照片
↑　USB 3.0 實際圖示

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

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。

** 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，推薦使用Keysight S系列高解析度示波器 **

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使用示波器執行USB 2.0 Device眼圖測試及USB 2.0 Inrush Current實際測試影片

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動探棒，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：

- 選用的示波器USB 協定觸發與解碼應用軟體是非常實用的工具，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。

Keysight InfiniiVision 4000X/6000 X 系列示波器提供 USB 2.0 信號品質分析應用軟體，簡單測試 USB 2.0 !！

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

- 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. 在這情況下可驗證信號品質是否遵循 USB 2.0 規格：

- 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。

* 延伸閱讀：車用匯流排及Ethernet大解析

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
>> 示波器探棒解決方案：
差動探棒：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 7 或 Windows 8 作業系統、具備高速 USB 介面的任何電腦。
>> 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。
>> 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。
>> 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。

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

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目

4. 按下自動設定，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螢幕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，使訊號能顯示在六個垂直區域內而不致遭到裁切。

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_自動設定

5. 按下執行測試按鈕，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。)

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_執行測試

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

keysight_4000X_選取USB2.0測試項目_自動顯示測試結果

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 按下第二個按鈕，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，並指定測試結果檔案的名稱。
5 按下按下以儲存按鍵。

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使用示波器執行USB 2.0 Device眼圖及USB 2.0 Inrush Current實際測試

* 延伸查看：[產品規格] Keysight 4000X 系列示波器規格介紹
* 延伸查看：[產品規格 keysight 6000X 系列示波器規格介紹
* 延伸查看：[產品規格] keysight S 系列示波器規格介紹
* 延伸查看：[延伸查看] 示波器探棒選購指南
* 延伸查看：[延伸查看] 其他示波器白皮書

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