USB3.0长距离传输与信号补偿测试技术

——基于普源精电DS80000示波器的均衡分析与通道建模实践

一、长距离传输的测试挑战

USB3.0规范支持最长3米铜缆传输（5Gbps速率），但长距离线缆会引入信号衰减与码间干扰（ISI），需验证以下关键指标：

通道损耗：5GHz频点衰减需≤-7.5dB（USB-IF CTS 1.4要求）。均衡器性能：接收端CTLE（连续时间线性均衡）需补偿≥12dB损耗。眼图闭合度：经均衡后眼图张开度需≥70%。

二、测试系统配置与通道建模

1. 硬件拓扑设计

注：通过闭环系统实现自适应均衡测试

2. 通道损耗测量

S参数提取：

使用DS80000的TDR（时域反射计）功能测量线缆阻抗与插损：

实测数据：

频率（GHz）

插损（dB）

USB-IF限制

2.5

-3.2

≤-4.0

5.0

-7.8

≤-7.5

7.5

-12.1

不适用

3. 均衡器验证方法

CTLE配置：低频增益：0dB高频增益：+12dB（5GHz频点）均衡效果评估：

对比均衡前后的眼图高度与抖动分布。

三、DS80000的核心测试功能

1. 自适应均衡分析

实时均衡仿真：

支持USB3.0标准CTLE/DFE均衡参数导入生成均衡后眼图与BER（误码率）浴缸曲线

参数优化工具：

自动扫描均衡器参数组合，推荐最佳配置。

2. 码间干扰（ISI）分析

脉冲响应测量：

通过PRBS7信号激励，提取通道脉冲响应（图3.2）：

ISI代价计算：

四、实测案例：3米线缆传输优化

1. 问题描述

某USB3.0扩展坞在3米线缆下出现数据传输错误（BER=10⁻⁵），未达到USB-IF要求的BER≤10⁻¹²。

2. 根因分析

通道插损超标：5GHz频点实测插损-8.2dB（标准≤-7.5dB）均衡器配置不足：CTLE高频增益仅+9dBISI导致眼图闭合：均衡前眼高仅80mV（标准≥150mV）

3. 优化措施

调整CTLE参数：低频增益：-2dB（抑制低频噪声）高频增益：+14dB（补偿高频插损）增加预加重：

在发送端（DG70000）配置+6dB预加重（频率>3GHz）

4. 验证结果

参数

优化前

优化后

标准要求

5GHz插损（dB）

-8.2

-6.7

≤-7.5

均衡后眼高（mV）

80

210

≥150

BER@5Gbps

10⁻⁵

10⁻¹³

≤10⁻¹²

五、测试流程标准化建议

预测试阶段：

使用TDR快速评估线缆阻抗一致性（100Ω±5%）测量未均衡眼图，初步判断插损是否超标

优化阶段：

通过参数扫描确定最佳CTLE/DFE配置添加预加重/去加重改善发送端信号质量

认证阶段：

执行USB-IF CTS定义的Tx/Rx均衡测试项生成包含S参数、眼图与BER的完整报告

结语

普源精电DS80000示波器在USB3.0长距离传输测试中，通过 通道建模、实时均衡仿真 与 码间干扰分析 的闭环验证，系统性解决了信号衰减与均衡优化的工程难题。其硬件性能（13GHz带宽/4Gpts存储）与RigolCTS软件的工具链整合，为高速互连设计提供了从仿真到认证的一站式解决方案。

（本文测试方法依据USB-IF CTS 1.4规范，硬件参数引自RIGOL DS80000数据手册）