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[参考译文] TUSB8020B:间歇性超高速链路损耗

Guru**** 2381930 points
Other Parts Discussed in Thread: TUSB8044AEVM, TUSB8020B, TUSB8041, TUSB8020BEVM, TUSB522PEVM
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1346849/tusb8020b-intermittent-superspeed-link-losses

器件型号:TUSB8020B
主题中讨论的其他器件: TUSB8041、TUSB8044AEVM TUSB522PEVM

尊敬的支持团队:

几年来、我们一直在产品中使用 TUSB8020B、 没有遇到链路稳定性问题。 到目前为止、我们的系统大多配备了英特尔 NUC 系列 PC、但最近我们开始尝试不同的解决方案、因为较新的 NUC 和/或 Windows 和/或驱动程序家族的系统级数据延迟不能令人满意。 我们使用单独的附加 USB 3 PCIe 卡实现了令人满意的吞吐量和延迟结果。 然而、在试验几个主板的多种板载 USB 3端口时、我们遇到了 PC 与集线器之间链路稳定性的严重问题。 问题的强度似乎取决于主板端口,但  没有明确的模式,即,第2代端口不比第1代端口好,也不差,甚至连接到同一控制器的两个相邻端口的行为可能有很大的不同。  问题的频率在时间上也不是恒定的。 出现几段完美连接的时间、持续几分钟、然后重新插接器件会导致问题再次出现。

问题如下所示。 当我们的  TUSB8020B 集线器连接到 PC 时、它将被正确识别(作为 USB 2.0和 USB 3.0器件)并按预期显示在 USB TreeView 中。 然后、当我们的器件连接到集线器并通电后、它的两个控制器(独立超高速 Cypress FX3和全速 FTDI FT230X) 也能被正确识别、  但不久之后,超高速设备从系统中循环消失,然后再重新出现几秒钟,这可以在 USB TreeView 中看到(并听到  从系统中的标准"定洞 ding-dong-dong")。 全速控制器保持正确连接。

我们捕获了 TUSB8020B 的 SS_DNx (紫色/3)、SS_UP (青色/2)、SSTXx_UP (蓝色/4)和 SSRXx_UP (黄色/1)引脚上的波形。  遗憾的是、我们无法访问 USB 3协议分析器。 由于一个有趣的原因,我们也无法 同时捕获 SSRX 和 SSTX:使用两个示波器探针(10 MOhm ~3 pF )同时触摸 SSRX 和 SSTX(无论 P 还是 M ), 链路不稳定性就会消失!

重复以下模式:SS_UP 变为高电平、 SS_DNx 也变为高电平。 在 300至2000毫秒(时间变化很大)之后、SS_UP 变为低电平、SS_DN 保持高电平大约2.5秒、然后变为低电平(大约100毫秒)。 当 SS_UP 为低电平时、SSTXx_UP 上的波形看起来像链路协商。

提问之前:

1. USB_VBUS 上的电压稳定在0.5V、即使在链路断开事件期间也不会变化。

 USB_R1上的电压在 GND 处稳定(实际上约为10mV )、即使在链路断开事件期间也不会变化。

3。 测试上的电 压在 GND 处保持稳定 (实际上、约 为10mV )、即使在链路断开事件期间也不发生变化。

4. TUSB8020B 的电源板与信号 GND 良好连接(见图片)。 焊点的质量已经过验证。

5. TUSB8020B 的温度 约为44摄氏度。

我们强调、我们的 设计可与英特尔 NUC 迷你电脑配合使用几年。 我们在 TUSB8020B 两侧的板上都有超高速传输线路(长度约为10 cm)、这些线路经过精心布置、我们的 PCB 在制造时对对称线路进行阻抗控制。 我们有两个制造商提供的主板版本、它们都遇到类似的问题(旧版本似乎 失去链接的频率较低)。

我们知道 NUC 主板很小、因此它们的超高速传输线相对较短、 附加 PCIe 卡也是如此、而普通 PC 主板则更大、 通常 具有更长的传输线。 我们已经 在各种主板上看到关于 USB 3端口不可靠的投诉。 我们最受测试的主板 在瞬变线路中有信号转接驱动器、我们也看到过配备转接驱动器的端口的投诉。  根据我们自己的经验、我们还知道 Cypress FX3在传输线路中使用转接驱动器时性能较差(但 中间是 TUSB8020B)。

我们怀疑问题是集线器和 PC MB 上的主机之间的链路质量差,不一定在我们身边(与 NUC 完美配合),可能是由于插槽和 MB 芯片组之间的距离很大。

-为什么问题只发生在我们的设备在 TUSB8020B 的下行链路侧? 我们还尝试过其他设备:硬盘、视频采集器--没有一个设备遇到类似的问题。

-当我们的设备直接连接到相同的 MB 端口,它工作正常(没有链路中断)。 为什么在两者之间添加集线器 会引发问题?

-这是否与 TUSB8020B 的短路挂起 HP 计时器有关?

如果您能提供任何建议并帮助解释示波器波形、我们将不胜感激。

此致、

米哈尔

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    您好、Michal:

       TUSB8020B 位于何处? 在 使用转接驱动器的 PC MB 上? Cypress FX3器件是否连接到 TUSB8020B 下行端口?

       您能绘制一个方框图吗?

    此致

    布赖恩

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    您好、Brian、

    这是图、我希望它很清楚:

    我们不会遇到所述的英特尔 NUC 计算机问题、也不会遇到与 ASM3142 (通过 上传最新固件以确保芯片组兼容性)配合使用的附加 PCIe USB 卡问题。 有趣的是、板载 ASM3042 USB 主机(固件版本未知)表现出的问题行为在某种程度上类似于直接连接到英特尔芯片组的其他板载端口。

    此致。

    米哈尔

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    您好、Michal:

     最好使用 USB 分析仪来查看流量。 既然您还没有、是否可以向我们提供一个 PC MB?

     我们怀疑 USB 转接驱动器行为异常。

      对于  ASM3042、可能是固件问题。

    此致

    布赖恩

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    我们知道分析仪是最佳解决方案、但我们还没有。
    我们不确定发送此特定主板是否能提供任何帮助。 在另一个测试板(不同的制造商和芯片组、同一代处理器)上、会出现相同的问题、只是强度略低。 事实上,一个人只需要浏览互联网上找到一个荒谬的大量的帖子在讨论论坛上与故障的 USB3端口在大多数新的主板上. 显然、有人夸大了这项技术、而且它变得不可靠。
    总之-问题不仅适用于此主板、而且在更大或更小的程度上适用于所有新的主板。 我们只是想知道它的起源。 我们可以使用扩展卡临时或永久解决问题、但我们更希望了解当前故障的更准确原因。 TUSB8020b 是其中一部分的器件是医疗设备、这对我们来说非常重要。

    现在的问题是:

    1.正如您恰当地指出的、由于 ASM3142的卡性能优异以及  ASM3042频繁出现的问题直接放在 USB 端口旁边的 MB 上、我们感到非常困惑。
    您是否指出 ASM3011b 的固件有问题、或者您是否有任何其他关于此类 USB3链路断开错误或类似主机已通过固件更新修复的报告?

    2.您能从 随附的波形中看出哪个器件启动了链路断开—TUSB8020b、主机、或者 FX3的摄像头吗?

    3、USB 信号的质量是造成链路中断的,还是信号传播太长,或者是所有组件之间的不兼容性问题。 因此、切换到新款 TUSB8041/43/44类型的芯片是否有帮助?

    此致。

    米哈尔

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    您好、Michal:  

      对于第1季度,我没有任何关于  USB3链接断开错误的报告 ,我刚刚看到一些其他人报告他们可以修复问题后更新固件。

      对于 Q2:很难从 波形中获取链路信息。 您能否缩放 SSTX 和 SSRX 波形,SSRX 似乎先获得 LFPS 信号,然后是轮询信号,然后进入空闲状态,但 SSTX 只是一直发送数据信号。

      对于问题3: 我对信号质量不是太担心、因为 USB 转接驱动器后的信号或者增加到卡上应该非常干净 、应该可以补偿 MB 的20cm 损耗。 唯一的问题是从摄像头到 TUSB8020B 下行端口的1.5m 电缆、 它是标准 USB3电缆还是由您自己构建? USB 主机与设备之间允许以5Gbps 的速率传输20dB 的损耗、是否知道自己的电缆传输时会产生什么损耗?

      这也可能是不兼容问题、因为 TUSB802B 是 USB3.0集线器、并且所有新 MB 都是 USB3.1或 USB3.2主机。

      您是否具有人们谈论的新 MB 问题的链接? 我喜欢阅读并了解更多内容、以了解我是否可以在实验室中重复该问题

    此致

    布赖恩

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    您好、Brian、

    以下是 经过缩放的波形:

    关于电缆、其数据表指出、在5Gb/s 时衰减~2dB/m、它来自一家经过验证的供应商、并且  在我们的实验室中已经完成了精心设计:两种插头都焊接在显微镜下、我们认为它们   的外观比我们测试过的大多数现成电缆都要好。 无论如何,我们尝试了各种不同长度的定制电缆和现成电缆--没有区别。 当设置工作时(在"良好的"PC USB 端口上)、它甚至可以承受集线器和摄像头头之间的附加短延长电缆。 当其出现故障时、它会因任何电缆而发生故障。 更换摄像头头不会改变任何情况。 更换 PC 端的电缆不会有任何变化、或者: 在"良好"USB 端口上、1.8米电缆可以正常工作、在"坏"端口上、即使0.3米电缆也无法正常工作。

    关于 ASM3042固件、我们已收到 AsRock 支持部门的通知、说没有更新的版本。

    最后是报告的 USB3断开和重新连接的一些示例(但没有 特定于 TI 芯片的内容):

    https://www.reddit.com/r/ASUS/comments/rco3lk/gaming_tuf_z690_usb_ports_disconnecting/ (我们的一台测试 PC 还具有 TUF Gaming MB)、

    https://www.reddit.com/r/gigabyte/comments/1696101/usb_devices_keep_disconnecting_and_reconnecting/

    https://www.dell.com/community/en/conversations/inspiron/usb-keeps-connecting-disconnecting/647f9f59f4ccf8a8de423e75

    https://answers.microsoft.com/en-us/windows/forum/all/usb-composite-device-keeps-disconnecting-and/670173c4-da82-4a90-97c8-875cb209e1fc

     最近有许多类似的报告、我们搜索了与我们类似的问题、发现很多问题导致我们放弃了进一步的搜索。  典型的建议包括重新安装驱动程序、更改系统电源设置等、通常不会产生任何影响:

    https://www.makeuseof.com/how-to-fix-usb-device-disconnecting-reconnecting-windows-10/

    https://www.minitool.com/data-recovery/usb-keeps-disconnecting.html

    此致、

    米哈尔

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    您好、Brian、

    我们上次有点着急、没 按正确的顺序发送波形。

    波形的颜色所指示的信号与第一组波形中的信号相同。

    第一 张图片是整个重新连接周期的总体概述、第二张是 主机端 SuperSpeed 链路丢失的放大时刻、第三张和第四张图片是 摄像头端 SuperSpeed 链路丢失的放大时刻 (然后是 重新连接的时刻)。  最后两个 图像翻倍、因为我们很难将所有四个信号记录在一起、并且在最后一个 SSTXx_UP 探头(蓝色)也连接了。 在第一个和第三个图像中、探头未连接到 SSTXx_UP (只是波形中的噪声)。

    此致、

    米哈尔

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    您好、  Michal:

      感谢 这些问题的波形和链接。

      对于黄色波形、 它是 单端或 差分信号、? 它看起来大约为800mV 至1000mv。

    此致

    布赖恩

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    您好、Brian、

    是、所有信号都是单端信号、探头设置为10x (10 MOhm ||10 pF)。 我们没有 HF 差分探头。

    此致、

    米哈尔

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    这是 SS 信号、LFPS 信号轮询、后跟 USB CP0数据

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    从波形可以看出、这看起来像是 CP0模式、但 SS-up 仍然为低电平、因此暂时不应处于 SS 状态。

    此致

    布赖恩

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    您好、Brian、

    感谢您的回答。 我们正在使用带有 TUSB8020B 和 TUSB522转接驱动器的 EVM 进行进一步的实验。 我们明天将分享成果。

    此致、

    米哈尔

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    感谢您的更新。

    此致

    布赖恩

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    您好、Brian、

    很抱歉响应延迟、我们进行了很多测试和测量。

    我们使用示波器仔细分析了主机侧和器件侧的所有波形、并具有足够的时间分辨率、能够区分所有类型的 LFPS 信号。

    第一张图片通过对信号的解释显示了器件连接和断开的3个周期的总体视图。

    在接下来的图片中、将显示波形的放大片段。 首先是 LFPS。 轮询:

    之后是多个 U1-U0转换、这会在随机时刻结束、并且会发生超时并转换到 SS。 未激活、如下一张图片所示。

    我们已通过实验在 RX 时对其进行了验证。 集线器每20ms 测试一次接收器连接。 在上图中、间隙约为12ms、清晰地指向 ss.inactive。 集线器只能退出 SS。 通过链路的物理断开或通过 WarmReset 处于非活动状态。 主机在2秒超时后发送 WarmReset、如放大的图片所示。

    从 U1传输到 U0的尝试仅失败(可能已超时)、下图中带有红色感叹号标记。 波形中可见的所有其它操作是正确的、这是由上述误差的之前操作导致的。

    转换到 SS 之间的时间。 非活动且 U1到 U0转换失败时始终介于4.5ms 和6ms 之间、这表明超出了 UX_EXIT_TIMER 或 tRecoveryIdleTimeout。 最有可能的是、它是负责断开连接的集线器、并且发生在恢复期间。 活动、恢复。 配置或恢复.Idle。 它进一步支持的事实,该错误只发生与配备 Cypress FX3的相机。 我们测试了很多其他设备–海量存储和帧捕捉器–连接断开从未发生。 我们对波形的解释允许将断开连接归因于 FX3的异常行为、该行为在1ms 内反复在 U1和 U0之间切换、这是不允许的、但会强制频繁地进入恢复状态。 当我们在集线器中禁用了对 U1/U2的支持(寄存器5位5、u1u2Disable)时、由于 U1到 U0转换后缺少恢复、错误消失。

    此配置更改可以消除问题,但不能解决其根本原因,原因尚不清楚。 在医疗设备中、我们需要知道问题的根源。 将问题归因于 SSRX_UP 线路中的信号质量差是最简单的方法、但是...:

    1. 在禁用集线器中的 U1/U2支持后、即消除链路断开的情况下、我们进行了长达数小时的数据传输稳定性测试–摄像头以每秒3200帧的速度发送了超过5000万帧、没有任何问题。
    2. 我们已经找到了早期的集线器 PCB 原型、该原型的 USB SS 迹线布局不太仔细、并且在主机端有一种不同类型的插座(A 型、现在我们有微型 B 型)。 该电路板不存在与任何主机断开链路的问题、并可完全容忍 U0与 U1之间的频繁转换。

    因此、当我们可以毫无问题地传输大量数据时、我们很难相信信号质量会很差、并且具有类似 USB SS 迹线长度的类似(但设计得不那么仔细)电路板也不会出现问题。

    我们想问,波形的解释是否正确,我们将非常感谢任何建议,什么可能是恢复期间的问题。

    我们还有一些其他问题:

    1. 根据我们的理解、禁用 U1/U2仅涉及由器件或主机启动的转换。 在集线器启动转换的情况下、由于其 DS 端口处于非活动状态、它可以进入 U2。 是这样吗?
    2. 我们的波形显示了这一点。 非活动状态下、来自集线器的测试脉冲是振幅为0.6V 的负峰值。 是这样吗? 从网站上的 USB3文档和示例来看、它应该是正脉冲、而不是负脉冲。
    3. U1状态中的 TX 共模电压是否实际上比 U2中的低500mV 左右?

    此致、

    米哈尔

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    您好、Michal:

      感谢您提供调试问题的详细信息:

    1:如果下游端口器件仅支持 U1、那么它不会进入 U2。

    2:我以前看到过它, RX 检测信号是正脉冲,但我将在我们的实验中再次确认。

    3:在 U1 U2中、TX 共模电压不应变化太大。

      我们最近看到了另一个 u1u2问题、也可以通过禁用 u1u2来解决。 您可以尝试使用 09h:20和05h:12来更改 u1u1超时吗?

    稳压器

    布赖恩

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    您好、Brian、

    感谢您分享更多信息。 我们把寄存器09h 设置为20h (保留位5),寄存器05h 设置为12h (保留位1)--我想你指的是十六进制值--这也有帮助。 该效果类似于 将 寄存器05h 设置为30h。 摄像头不再发送重复的 U0-U1转换请求、集线器也不会将这些请求发送到主机。 链路似乎是稳定的(经过相对较短的测试)。 应用新解决方案后、集线器和主机之间的通信类似于采用默认配置的通信、可以看到三种电源状态变化。 在05h:30h 条件下、没有可见的功率状态变化。

    您能否就这些位的实际变化提供更多信息? 我们更想知道我们解决的问题以及原因、特别是这是一种医疗设备、我们必须在质量管理文档中添加一些设计信息。 您会建议采用哪一种解决方案?

    关于问题1,恐怕有一些误解。 我们已经问到了下游器件全部处于非活动/断开状态的情况-那么集线器能否进入 U2、即使设置了 u1u2disable 位也是如此? (我们不存在问题、只需知道并确信有一个妥善的设计文档就可以了。)

    此致、

    米哈尔

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    您好、Michal:

      对于09h、位5用于启用自定义 U1U2功能。

      对于05h、位1将设置 U1U2超时值、当该位 为1时、超时将为 FF。 对于超时 FF、集线器将不会初始化 U1U2、但将接受来自链接伙伴的 U1U2请求

    此致

    布赖恩

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    您好、 Michal:

      有更新吗? 您能告诉我您遇到了什么特定母板问题吗? 我们可能也会在这里找到一个进行测试。

    此致

    布赖恩

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    您好、Brian、

    我们测试了来自华硕的 TUF 游戏 B660M-PLUS 和来自 ASRock 的 Z790 LiveMixer。

    在所有板上、我们仅检查后面板上的端口。 在 TUF 游戏主板上,一半的端口不工作,并且没有任何逻辑解释-一对理论上相同的端口中的一个可以工作,而另一个则不工作。 在此板上、情况是稳定的-始终给定的端口正常工作或不工作。 在 LiveMixer 板上、情况更糟。 在后面板上的8个 USB3端口中、大部分时间都没有工作、但其中三个端口(包括唯一连接至 ASM3042控制器的端口)可以正常工作几个小时。 我们也有这样的情况,在半天所有8端口工作没有任何变化在我们的部分-前一天没有工作,测试系统被关闭,第二天它被打开和非工作端口工作。 荒谬的情况。
    相比之下、在使用 ASM3142芯片组的专用卡上、这个问题在几天的测试中从未出现过。

    我们在 TUF 游戏板上的其中一个选定端口(USB3类型 A 端口位于类型 C 旁边)上进行了更全面的测试、我们当前的产品板从未在该端口上运行过。

    1.我们测试了 TUSB8044AEVM -没有问题。
    2.我们测试了 TUSB8020BEVM -没有问题。
    3、我们在生产板和电脑之间给了转接驱动器 TUSB522PEVM -问题消失了。
    4.我们测试了一个非常旧的原型我们的生产板(相同的电源,略有不同的 USB3路径布局,不同的 USB3插座)-没有问题。
    5.我们测试了一个较旧的生产版本(从我们的硬件的演示副本)-问题只是偶尔出现。

    可以看到、这种情况很奇怪、很显然、在传输 TS1或 TS2时会出现一些问题。 由于早期原型版本正在运行、因此我们实际上可以确信电源没有问题。 由于将电缆长度从0.2米更改为3米时情况没有变化、因此我们不怀疑问题是信号衰减过多。 问题更加复杂,我们现在有一个假设-最新的生产版本是用 Isola IS400层压板制作的。 可能存在过多的色散信号噪声。 我们不知道原型是使用哪种层压板制造的。 我们知道的是、第一个生产版本(几乎始终可以正常工作)是使用 IT180A 层压板制作的、这在 USB3频率下要好得多。

    我们目前正在重新设计用于层压板的电路板、我们确信这不是问题。

    此致、
    米哈尔

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    您好、Michal:

     感谢您提供的所有信息。  重新构建新电路板需要多长时间?

    此致

    布赖恩

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    您好、Brian、

    我们还替换了主机侧的插座(现在使用的 B 插座与 EVM 上相同)、并为主电源电压和1V1电压添加了额外的滤波器级。 为确保不是导致问题的 PCB 层压板、将使用 Isola i-speed 半固化片制造下一个 PCB。 它今天投入生产。 构建时间约为两周。 我们将告诉您结果会是什么。

    此致、

    米哈尔

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Michal:

      感谢您的更新。

    此致

    布赖恩