USB3.1標準是目前PC上最成功的接口USB的最新標準，在USB3.1的標準里，革命性地融合了3種最新的現(xiàn)代科技技術(shù)，分別是：數(shù)據(jù)速率從5Gbps提高到10Gbps；TypeC接口實現(xiàn)PC外設(shè)接口的統(tǒng)一；PowerDelivery技術(shù)實現(xiàn)更智能強大的充電能力。下面簡單分別介紹一下。

• 數(shù)據(jù)速率提升到10Gbps：USB接口的標準最早是上世紀90年代推出，數(shù)據(jù)速率為1.5Mbps（LowSpeed），后來提高到12Mbps（FullSpeed），在2000年又提高到480Mbps（HighSpeed），從此開始了USB接口一統(tǒng)PC外設(shè)接口的時代。到2008年時，面對大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶魬?zhàn)以及eSATA的競爭，USB協(xié)會又推出3.0標準，把接口速率提高到了5Gbps，目前在PC及移動硬盤上已經(jīng)普及。由于原先的USB2.0的信號線纜以及芯片的限制已經(jīng)不能實現(xiàn)從1.5Mbp到5Gbps這么大跨度范圍的信號傳輸，所以USB3.0是在原來的USB2.0的接口上另外增加了2對高速的差分析，采用類似PCIe那樣的預(yù)加重、均衡和8b/10b編碼技術(shù)。到2013年時，隨著對于數(shù)據(jù)傳輸速率要求的進一步提升，USB協(xié)會又通過3.1標準的推出把數(shù)據(jù)速率提高到10Gbps，同時采用了效率更高的128b/132b編碼方式。不過隨著速率的提高，除了芯片做的更加復(fù)雜以支持鏈路協(xié)商和克服損耗以外，能夠支持的電纜的最長長度也從USB2.0時代的5米降到了USB3.0時代的3米，到USB3.1時代就只有2米了。
  
• TypeC統(tǒng)一了PC外設(shè)接口：對于USB3.1標準推出來說，最讓業(yè)界興奮的還不是數(shù)據(jù)速率的提升，而是對TypeC接口的采用。目前使用的USB接口主要為扁形的A型口和方形的B型口，以及在手機等移動設(shè)備上廣泛使用的的MicroB的接口。而TypeC接口的推出真正改變這一切。TypeC之所以引起業(yè)界的關(guān)注和積極采用主要因為幾個原因：更輕、更小，適合手機、PAD、筆記本等輕薄應(yīng)用，同時信號的屏蔽更好；采用類似蘋果Lightning接口的正反插模式，正反面的信號定義是對稱的，通過CC1/CC2（ControlChannel）管腳可以自動識別，用戶可以不區(qū)分方向盲插拔；正常情況下根據(jù)插入的是正面還是反面可以用TX1+/TX1-/RX1+/RX1-或者TX2+/TX2-/RX2+/RX2-這兩對差分線進行USB3.1的信號傳輸，但如果支持AltMode，則可以四對差分一起支持Displayport、MHL、Thunderbolt視頻或存儲格式信號輸出，并通過SBU1/SBU2（SecondaryBus）管腳來實現(xiàn)AltMode下一些低速視頻控制信號的傳輸；支持更智能、靈活的通信方式，通過CC1/CC2的上下拉電阻設(shè)置可以區(qū)分主機（DFP接口：DownstreamFacing Port）還是外設(shè)（UFP接口：UpstreamFacing Port），也可以通過CC管腳去讀取外設(shè)或電纜支持的供電能力。

• Power Delivery技術(shù)實現(xiàn)更智能強大的充電能力：即插即用、數(shù)據(jù)傳輸與充電合一是USB接口的的一個重要特征。在USB2.0時代，USB接口可以支持2.5W的供電能力（5V/500mA），到USB3.0時代提高到了4.5W（5V/900mA），但這樣的供電能力對于筆記本或者一些稍大點的電器供電都是不夠的，而且由于一些產(chǎn)品的質(zhì)量問題，也出現(xiàn)過由于充電過程中起火燒毀的事故。為了支持更強大的充電能力，同時避免安全隱患，USB3.1標準中引入了PowerDelivery的協(xié)議（即PD2.0協(xié)議），一方面允許更大范圍的供電能力（比如5V/2A、12V/1.5A、12V/3A、12V/5A、20V/3A、20V/5A），另一方面會通過CC線進行PD的協(xié)商以了解線纜和對端支持的供電能力，只有通過協(xié)商成功后才允許提供更高的電壓或工作電流。下圖是PD協(xié)商的原理，以及實測到的一個被測件插入過程中通過CC協(xié)商后把輸出電壓從5V提高到20V的信號波形。

某用戶在對USB3.1TypeC接口的設(shè)備進行信號質(zhì)量測試時，需要被測件發(fā)出不同的測試碼型，但是用戶不知如何完成碼型的切換，這里就來進行一下分析。

首先，我們要知道TypeC的接口是雙面的，也就是同一時刻只有TX1+/TX1-或者TX2+/TX2-管腳上會有USB3.1信號輸出，至于哪一面有信號輸出，取決于插入的方向。缺省情況下DFP設(shè)備在CC管腳上有上拉電阻Rp，UFP設(shè)備在CC管腳上有下拉電阻Rd，根據(jù)插入的電纜方向不同，只有CC1或者CC2會有連接，通過檢測CC1或者CC2上的電壓變化，DFP和UFP設(shè)備就能感知到對端的插入從而啟動協(xié)商過程。

在信號質(zhì)量的測試過程中，由于被測件連接的是測試夾具，并沒有真實的對端設(shè)備插入，這就需要人為在測試夾具上模擬電阻的上下拉來欺騙被測件輸出信號。對于DFP設(shè)備的測試，需要模擬對端Rd的下拉；對于UFP設(shè)備的測試，需要模擬對端Rp的上拉。根據(jù)使用的測試夾具不同，其設(shè)置上下拉的方法也不一樣。

如果使用USB協(xié)會的TypeC夾具，其套件包含16塊不同功能的夾具，要區(qū)分使用的是做Host測試夾具還是Device測試夾具，其上面的跳線和上下拉設(shè)置情況不太一樣。

而如果使用的是Keysight公司的測試夾具，其夾具N7015A本身不做Host或Device的區(qū)分，而是通過N7016A的低速控制器來設(shè)置是上拉、下拉還是開路，可以通過軟件來控制。

接下來我們來看一下在USB3.1的TypeC測試中如何使被測件發(fā)出測試碼型。根據(jù)USB3.1的LTSSM（LinkTraining and Status State Machine）狀態(tài)機的定義，在通過上下拉電阻檢測到對端插入以及檢測到對端的50歐姆負載端接后，就進入Polling協(xié)商階段。在這個階段，被測件會先發(fā)出Polling.LFPS的碼型和對端協(xié)商（LFPS的測試后面我們還會提到），如果對端有正常回應(yīng)，就可以繼續(xù)協(xié)商之際進入U0的正常工作狀態(tài)；但如果對端沒有回應(yīng)（比如連接示波器做測試時），則被測件內(nèi)部的狀態(tài)機就會超時并進入一致性測試模式（ComplianceMode），在這種模式下被測件可以發(fā)出不同的測試碼型以進行信號質(zhì)量的一致性測試。

在一致性測試模式下，被測件可能發(fā)出16種不同的測試碼型以進行不同項目的測試，比如CP0CP8是5Gbps速率的測試碼型，CP9CP16是10Gbps速率的測試碼型，CP0和CP9用于眼圖測試，CP1和CP10用于隨機抖動測試等。剛剛進入一致性測試模式時，被測件會停留在CP0狀態(tài)，如果收到Ping.LFPS的碼型輸入，就會切換到下一個測試碼型，依次往復(fù)循環(huán)。Ping.LFPS是頻率大約幾十MHz的低速的脈沖串，可以借助于函數(shù)發(fā)生器、碼型發(fā)生器或者誤碼儀等設(shè)備生成，下圖是用示波器捕獲到的當被測件接收到Ping.LFPS的脈沖串并進行碼型切換的例子。

除了5Gbps和10Gbps的正常信號的測試，在信號質(zhì)量的測試中還需要對SCD1（SuperspeedCapability Declaration 1）、SCD2（SuperspeedCapability Declaration 2）和LBPM（LFPSBased Pulse Width Modulation Messaging）的信號波形進行測量。

在USB3.0的時候，只有統(tǒng)一的LFPS（LowFrequency Periodic Signaling）信號，用于上電階段向?qū)Ψ铰暶髯约褐С諹SB3.0的能力。LFPS是特殊的低速脈沖串，其寬度和周期分別代表不同含義，用于總線的控制，因此其時間和幅度參數(shù)的準確性對于系統(tǒng)工作非常重要。

在USB3.1的標準里，進一步擴展了LFPS信號的功能，它不再像USB3.0里那樣使用等間隔周期的脈沖串，而是用不同的脈沖串間隔的寬窄編碼來代表不同的含義，最典型的就是SCD1和SCD2信號。在USB3.1的設(shè)備上電階段，會先發(fā)出SCD1的信號，如果對端有SCD1的信號回應(yīng)，則會進入下一階段發(fā)出SCD2的信號；如果對端再有SCD2的信號回應(yīng)，則會又進入下一階段用LBPM信號進行鏈路速率和其它參數(shù)的協(xié)商。下面的兩張圖分別顯示了SCD1到SCD2信號的切換，以及SCD2信號到LBPM的信號切換過程。

因此，在測試中，如果要進行SCD1以及后續(xù)的SCD2、LBPM等相關(guān)參數(shù)的測試，就任然也需要一臺信號發(fā)生器能夠發(fā)出SCD1、SCD2甚至LBPM的信號和被測件進行交互，以欺騙被測件進入后續(xù)的狀態(tài)，這臺信號發(fā)生器可以使用和前面做一致性碼型切換一樣的設(shè)備。

具備了高速示波器、測試夾具以及做信號碼型切換的信號發(fā)生器后，再配合上示波器里的針對USB3.1的信號一致性測試軟件，就可以在軟件的提示下切換被測件的狀態(tài)并完成相應(yīng)的測試項目，并生成測試報告。