Netzwerkanalyse

So testen Sie Kabel von USB Typ C mit Betriebsart DisplayPort

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Differentielle Einfügedämpfung eines USB-3.1-Kabels vermessen

Das Bild 2 zeigt, wie eine differentielle Einfügedämpfung eines USB-3.1-Kabels vermessen wird. Zum Einsatz kommen beide vorgestellte Methoden, um die Messartefakte zu kompensieren. Die schwarze Kurve zeigt die Anforderung an ein Kabel USB Typ C. Man erkennt in der Grafik, dass die Kompensation der Messartefakte durch die Testadapter den Unterschied zwischen Bestehen und Nichtbestehen des Tests ausmacht. Die rote Messkurve ist unkompensiert. Das Testobjekt würde in diesem Fall durchfallen. Beide Kompensationsmethoden führen allerdings zum gleichen Ergebnis, die nach AFR (orange Kurve) und TRL (blaue Kurve) kompensierten Messkurven liegen so gut wie exakt aufeinander.

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Bisher wurden Verbindungen über eine Messung von Parametern charakterisiert. Dazu gehörte etwa die Impedanz in der Zeitebene und der Einfügedämpfung in der Frequenzebene. Eine grundsätzliche Schwäche des Ansatzes liegt darin, dass die Beziehungen zwischen verschiedenen Testparametern ausblendet sind. Beispielsweise verträgt ein Kanal mit geringerer Dämpfung mehr Übersprechen und Reflexionen; auch umgekehrt.

Baut eine Spezifikation allein auf Einzelparametern muss sichergestellt werden, dass ein Kabel, das eine Parameter-Vorgabe nur knapp erfüllt, dennoch interoperabel ist. Aus diesem Grund werden die Grenzwerte konservativ gesetzt. Einige Kabel können einen oder zwei Parameter nur knapp erfüllen, andere Parameter aber mit deutlicher Reserve einhalten. Würde man nur die einzelnen Parameter betrachten, würde ein solches in Wirklichkeit funktionierendes Kabel als nicht der Norm entsprechend zurückgewiesen werden.

Die elektrische Spezifikation des DisplayPorts

Die elektrische Spezifikation der alternativen Betriebsarten des DisplayPorts basiert auf der Kanalmetrik. Drei Parameter der Signalintegrität beeinflussen die End-zu-End-Performance einer Verbindung: Dämpfung, Reflexion und Übersprechen. Dabei versucht die Spezifikation, alle drei Parameter gemeinsam zu betrachten. Dazu gehören Einfügedämpfung bei der Nyquistfrequenz, integrierte Vielfachreflexion und integriertes Übersprechen.

Die Einfügedämpfung bei der Nyquistfrequenz wird berechnet, indem das Messergebnis der Einfügedämpfung glättet und die geglättete Kurve über das Messergebnis gelegt wird. Die Differenz zwischen der Messkurve und der geglätteten Kurve, oder die Welligkeit der Einfügedämpfung, stellt die integrierte Vielfachreflexion dar. Sie ist definiert als die integrierte Summe aller Übersprechquellen zwischen den einzelnen Lanes des DisplayPorts. Eine Entscheidung über Bestehen oder Nichtbestehen des Tests wird aufgrund aller drei Kanalparameter, also der gesamten Kanalmetrik, gefällt. Nachdem die integrierte Vielfachreflexion von der Einfügedämpfung bei der Nyquistfrequenz abhängt, sind die Grenzwerte definiert als Funktion der Einfügedämpfung.

Bestandene und nicht bestandene Funktionsprüfung

Das Bild 3 zeigt verschiedene Beispiele von Testobjekten, welche die Funktionsprüfung bestanden oder nicht bestanden haben. Die x-Achse ist die Einfügedämpfung bei der Nyquistfrequenz und die y-Achse die integrierte Vielfachreflexion. Messergebnisse im grünen Feld bestehen die Prüfung, Messergebnisse im roten Bereich fallen durch. Um zu bestehen, müssen die gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen Einfügedämpfung und Vielfachreflexion berücksichtigt werden.

Für den Test von USB-Kabel des Typs C und der Betriebsart DisplayPort müssen zuerst die verschiedenen Impedanzen angepasst werden. Zudem sollte der Testingenieur die Messartefakte kompensieren, welche durch die Testadapter entstehen. Schließlich gibt es einen Paradigmenwechsel in der Messmethodik: weg von den einzelnen Parametern hin zur Betrachtung der Kanalmetrik aus mehreren Parametern.

* Yoji Sekine arbeitet im Marketing bei Keysight Technologies und hat einen Abschluss als Bachelor of Science in Elektrotechnik.

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