USB2.0一致性测试：从测试难点到操作步骤

测试知识 · 高速总线

USB2.0一致性测试：
从测试难点到操作步骤

鼎阳科技 陈嘉明

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USB是Universal Serial Bus（通用串行总线）的英文缩写，指连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。自 1995 年推出以来，USB 以其高速、便捷、可扩展等特点，逐渐取代传统的串口和并口，被广泛地应用在各类外部设备，深受消费者的青睐。

不过大量USB设备的互通互联为设备使用者带来极大便利的同时，难免出现连接兼容性、传输中断、文件传输错误等问题，因此USB设备必须通过USB一致性测试才能保证设备间的互操作性，这不仅是USB协会要求，也是包含USB接口的设备生产商保障产品质量和可靠性的必要步骤。

01USB2.0基础知识

USB2.0是一种4线串行系统，包括VBus，D-，D+和地线，D-和D+是差分信号线，是主要的信息载体，VBus和地线之间传输5V的电压。

为了适应不同类型应用对数据传输速度的要求，USB2.0定义了三种速率级别，分别是低速、全速以及高速，典型的USB低速设备包括电脑鼠标、键盘，游戏机操控杆等；而常见的全速设备包括电话、音频、麦克风等，市面上大部分USB2.0都属于高速设备，包括数码相机、移动硬盘等。

需要注意：高速能够向下兼容低速、全速，当然低速、全速设备也向上兼容高速设备，但是无法实现高速的传输能力，并自动以低速一方的速度进行传输。

USB2.0具有诸多优点，如供电简单，即插即用、支持热插拔，端口扩展容易、传输方式多样化、兼容良好等。USB系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host），集线器（Hub）和设备（Device）。

主机负责管理系统及应用软件，提供USB接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体，可以是 PC，也可以是 OTG 设备；集线器提供扩展的USB 外设接口，最多可级联5级，最多可连接127个USB 设备。设备接受主机发起的操作，发送或接收数据，此外设备可以分为总线供电(即从主机获取电流)和自供电两种方式。

连接主机的端口叫上行端口，连接设备的端口叫做下行端口，集线器可以检测每个下行端口的连接和移除，并向下层设备分配电力，负责总线的故障检测和恢复，每个下行端口可以单独启用，可以工作在不同的速度等级，从设备到主机的方向称之为上行通信，从主机到设备的方向称之为下行通信。

02解决方案

1. 测试项目：

2. 测试设备：

下列各测试项目均需示波器（含测试夹具与一致性测试软件），表中只列另需的 SMA 线缆、探头与其他设备。

备注：单端/差分探头带宽大于 2GHz，无源探头带宽为 500MHz，信号源带宽大于 1GHz

其余设备补充：

▶ 经过认证的自供电高速集线器（×4）：用于全速/低速测试。

▶ 经过认证的自供电全速集线器：用于全速/低速测试。

▶ 5 米长 type-A 转 type-B 的 USB 线缆（×6）：用于全速/低速测试。

▶ 1 米长 type-A 转 type-B 的 USB 线缆（数量与测试项目有关）：用于高速/全速/低速测试。

▶ 经过认证的低速设备（如：有线鼠标）：用于低速测试。

▶ 经过认证的全速设备（如：无线鼠标的接收器）：用于全速测试。

▶ 经过认证的高速设备（如：U 盘）：用于高速测试。

▶ 计算机（安装 USBHSETT）：用于高速主机测试。

鼎阳科技可提供：

03测试难点

1. 测试环境搭建：

USB2.0一致性测试一般都离不开测试夹具，夹具主要将USB线缆信号转化为能够通过探头输入至示波器的信号，被测物分为主机、集线器、设备三种，速度也分为高速、全速、低速三种，每个测量项目都需要测试夹具、被测物和示波器三者之间建立正确的连接方式。若是仅靠人脑记忆，不仅效率降低，正确率也不敢保证，而一致性测试软件就能很好地解决这个难题。

一致性测试软件以图表化的方式显示各个测量项测试过程中夹具、示波器和被测物三者之间的连接方式，使用者无需记忆就能正确设置测试环境，能够明显减少测试时间及测量出错的概率。

2. 测试码型的获取：

对于主机

▶ 非Windows操作系统的主机需联系芯片供应商，提供特定的控制软件，控制被测物发出测试码型

▶ Windows操作系统的主机可使用HSETT软件(USB High-speed Electrical Test Tool)，该软件可以控制被测物发出测试码型

对于集线器和设备

▶ 使用HSETT软件可以控制被测物发出测试码型

▶ 鼎阳提供的测试夹具FX-USB2可直接控制被测物发出测试码型

主机测试码型获取步骤：

软件安装：安装前，应禁用 Windows 中的“用户账户控制”，选择开始 > 控制面板 > 用户账户与家庭安全 > 用户账户 > 更改用户账户控制设置 ，设置为“从不通知”，点击“确定”，然后重启计算机。

软件下载地址：https://www.usb.org/document-library/usbhset-ehci-64-bit

注意：使用 USBHSETT软件时，相应的 USB 集线器会被占用，其外界的设备将无法正常使用,如外接的鼠标，但可使用触控板或远程控制

设置测试类型：打开 High-speed Electrical Test Tool 软件，进入软件主菜单；点击【Host Controller/System】，点击【Test】按钮进入主机测试菜单。

总线枚举：将主机的被测端口插上USB设备（USB设备的速率类型与被测主机的速率类型一致），点击 【Enumerate Bus】 ,右侧状态窗口显示“Enumeration Successful”

端口控制：“Host Port Control”中“Port”输入主机被测试端口号，“Port Control”下拉菜单的选择与测试项有关，如测试信号质量选择【TEST_PACKET】，测试挂起和恢复选择【SUSPEND】，测试无驱动时的电平值选择【TEST_ J】/【TEST_ K】/【TSET_SE0_NAK】，点击【EXECUTE】，右侧状态窗口显示“Operation Successful”

测试码型显示：除去接入主机被测端口上的USB设备，使用USB线缆连接被测端口与测试夹具（夹具已与示波器相连），此时示波器将显示测试码型

更多USBHSETT使用技巧或使用过程中出现问题请复制下方链接查看：

https://www.usb.org/sites/default/files/HSETT_Instruction_0_4_1.pdf

3. 获取测试夹具信息：

在对设备进行测试时，需要用到USB2.0一致性测试夹具（FX-USB2），在示波器识别到夹具信息后才能执行分析软件获取测试结果。在FX-USB2中夹具不单作为一个引出测试点的工具，还能实现控制被测设备传输测试码型，这需要对各种不同的设备与集线器等产品进行适配，同时在USB2.0一致性分析中也支持对夹具进行更新以兼容更多的设备并获取对应的测试码型。

将夹具连接到示波器并弹出“USB一致性测试夹具连接成功”时，在一致性测试菜单中的夹具信息里可以点击查看当前USB一致性测试夹具的版本号和目前最新的夹具版本，在版本号低于最新版本时可以选择对夹具进行升级。

需要注意的是，只有版本号大于等于1.2的夹具才能支持在一致性测试中进行软件升级，如果在夹具信息中识别出当前的夹具版本低于1.2，可以联系官方技术支持进行解决。

04测试步骤

点击测试项配置会弹出具体的测试窗口，如下图所示，根据测试流程分为：设置、测试项选择、配置、连接、启动测试、结果六个步骤。

1. 设置：

配置具备“调出”、“上一次”、“保存”三个功能

在“DUT 类型”中选择待测设备的类型，其中集线器还需要区分“下行”、“上行”

在“速率选择”中选择待测设备的速率

2. 测试项选择

在本栏目中选择需要测试的项目，可选择单项也可选择多项。

3. 配置

前面选择的测试项目在本栏目会高亮提示，点击即可对相应的测试项进行配置，设置好示波器测量的信道。

4.连接

本栏目显示测试接线图与测试步骤，若一次性选择了多个测试项目，只会显示第一个待测项的信息，其他测试项接线图会在上一个测试项结束后有单独的页面弹窗提示。

5.启动测试

测试失败时，支持“继续”和“中止”两种选择

对于本轮测试的结果，提供测试结果的保存形式

点击右下角的启动测试即可开始本轮测试

在接下来的测试过程中，按照弹窗提示完成测试即可，测试项全部完成后会弹出测试结果。若一轮测试中选择了多个测试项目，进行到下个项目时会有弹窗提示该项目的接线方式，支持中途返回“配置”栏目修改该测试项的信源，修改后点击弹窗中的“启动测试”即可继续测试。

在测试结果中可以选择“当前”和“追加”两种方式，测试结果选择为当前时，本次测试结果将会固定，在将测试结果选择为追加时，可以针对重复测试的测试项目再度运行测试，新一次的测试结果将会替代之前的测试结果，在测试报告中对应项目的测试结果和图片将会更新为该测试项目最新的一次结果。

追加测试功能可以帮助使用者针对个别项目单独进行重新测试并更新结果，不必针对所有测试项再次运行一次，极大提高了测试效率。

05测试结果

点击“结果查看”，查看对应的测试结果。

上半部分是测试项目，提供各个项目的测试结果，官方要求的门限值参考。下半部分是对应的细节图，在上半部分点击感兴趣的项目，下半部分即可显示对应的细节，点击图片可以查看图片细节。

06测试报告

点击“报告生成设置”，填入有关的测试信息，选择报告类型；“预览报告”可以提前查看生成报告的效果；“文件管理”中选择保存的路径，点击“保存”即可保存测试结果，生成的报告有PDF格式和HTML格式可选。

注意：保存成 HTML 格式时，会生成一个文件夹与 HTML 文件，如需拷贝，需要把两者都拷走，并保持两者在同一路径下。

点击测试项可直接超链接至具体测试波形：

07USBET20使用方式

USBET20是USB-IF官方提供的用于USB2.0设备电气一致性分析的测试软件，官方软件HSETT侧重于控制被测物进入对应测试模式而USBET20更侧重于对测试信号进行分析可以对示波器抓取的信号数据进行分析，可以分析的测试项目有信号质量分析和浪涌电流分析。

软件下载地址：https://www.usb.org/document-library/usbet20

打开软件后测试界面如下所示：

在软件上方是不同类型的测试项，分别是设备/主机的信号质量测试、集线器的下行信号质量测试、浪涌电流测试、eUSB中继器测试。

在下方有四种不同的测试形式，分别是低速、全速、高速远端（HSFE）、高速近端（HSNE）的类型，其中HSFE与HSNE相比HSFE的眼图模板会小，是考虑了一部分线缆的损耗在内的，更适合在远端测试的情况下使用。其中低速和全速测试时，可以选择提供单个波形CSV文件或者是分开的一正一负两路信号的波形数据。但高速测试时只能够选择单个文件进行测试，所以在保存波形文件时需要保存差分后的那路数据。

在USB2.0一致性测试中，使用的是正负两路同轴线进行测试，在导出数据时需要添加一路差分相减的数学通道并将这路的数据进行导出，如下图所示一致性分析软件执行后有C3和C4两路信号，此时需要新增一路F1作为差分相减后的数据。其他项目的操作方式也是类似的，选中对应的波形数据文件，并选择好测试配置后运行软件即可获取到详细的测量结果。

导出CSV数据后就可以在分析软件中执行分析了，分析完成后眼图的图片以及报告的HTML链接都会保存在CSV数据所在的路径下，网页报告中会包含测试项必须要求测试的测量参数和一些额外的不对其范围有限制的额外参数，在信号质量中还会有信号眼图的结果图片，相关报告如下图所示：

08小结

作为通用串行总线标准，USB2.0凭借高速传输、热插拔等优势广泛应用于各类设备，但其互操作性需通过严格的信号质量、时序、电源管理等测试项目保障。测试涉及主机、设备和集线器三类对象，需搭配高带宽示波器（如鼎阳SDS7000A系列）、专用测试夹具（如FX-USB2）及自动化分析软件，以解决测试环境搭建、码型生成等难点。鼎阳科技提供从硬件到软件的完整测试方案，显著提升测试效率和准确性。

作为产品出货前的重要环节，USB2.0一致性测试在今天的各种产品研发和制造中扮演着重要的作用，必然会带来巨大的工作量，而鼎阳科技的USB2.0一致性测试解决方案一直在朝着更加简单，更加标准化，更加自动化的方向发展，它消除了麻烦耗时的手动示波器设置、光标放置及与USB 2.0规范比较测试结果的过程，通过简单的配置方式、易懂的图表化连接指南帮助使用者降低测试复杂程度，提高生产效率。

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