USB-IF 在 2019 年 9 月發表 USB4? 規格，傳輸速率達到 40Gbps，USB4? 規格主要依據 Thunderbolt? 3 架構設計，并且兼容 TBT3。ThunderboltT? 4（以下簡稱 TBT4）傳輸速度 40Gbps 與 TBT3 相同，其獨特優勢是支持 TBT3且相容 USB4。由于 USB4 與 TBT4 都源自于 TBT3 的架構，所以在電氣（Electrical）測試部分，整合后的 USB4 電氣測試規范成為 USB4、TBT4 以及 TBT3 共同電氣測試規范。

嚴謹的電氣測試規范，會針對每款 USB4?/TBT4 產品的輸出訊號質量，個別設定最優化的初始訊號，好讓 USB4?產品一接上，就可以快速連接溝通。也就是電氣測試規范中 Transmitter Preset Calibration（以下簡稱 Tx Preset Cal）。

USB4? 規范中載明，高頻輸出端需支持 16 組 Presets（默認值）如下表一，也就意味著有 16 組不同訊號質量的輸出。在 USB4? 電氣訊號認證測試，到底該選用哪一組 Preset 來測試，確保輸出訊號質量？還是 16 組 Presets 全測呢？

Tx Preset Cal 是進行傳輸端輸出電氣測試時的首要步驟，也是非常重要的一環，因為選錯 Preset 來做測試，可能導致測試結果不符合規范，要避免這樣情形發生，我們首先需要了解一下訊號傳輸衰減的原因及解決方法，以便了解訊號質量與 Preset 之間的關系。

訊號傳輸衰減原因與解決方法

高速串列傳輸訊號受限于傳輸信道的帶寬而導致衰減，下（圖一）為訊號經過傳輸信道前、后的衰減結果。訊號在經過線纜后因為介質的低通性、非理想性、集膚效應、阻抗不連續等效應，造成訊號衰減、反射等問題。且隨著高、低頻訊號衰減比例差異過大，讓一位訊號長度不等于理想的 1UI（Unit Interval 單位周期），使前后的訊號位成為當前訊號的噪聲，進而導致了符碼間干 ISI 效應（inter-symbol interference），訊號在接收端，無法正確判讀 0 或 1。

(圖一） 訊號 ISI 效應示意圖–匡選的信號，臨近判定邏輯一與零的門坎，易導致判讀錯誤。

在高頻傳輸中，為了克服信道衰減，讓訊號正確傳送到接收端，一般采用訊號均衡器解決訊號衰減的問題。在USB4 ?規范里在傳輸端及接收端運用均衡器（如圖二），分別是發送端的 FFE（Feed Forward Equalizer)，接收端CTLE（Continues Time Linear Equalizer）、及 DFE（Decision Feedback Equalizer）。

（圖二）高頻訊號傳遞處理架構圖

在傳輸端 FFE 將訊號作預加強（Pre-shoot）、預衰減（De-emphasis），當通道衰減過大，FFE 的等化效果不足以補償通道產生的衰減時，還需接收端 CTLE 和 DFE 均衡器還原訊號。兩端的均衡器目的皆是均衡高低頻訊號在傳輸過程中的損耗，有利于接收正確訊號。與此同時也可以得到最佳的眼圖。

USB4? 與 TBT4 如何挑選最優化的 Preset 來進行 Transmitter 測試？

USB4? 的傳輸速率每個通道達到 20Gbps，如（圖三）所示，訊號在 Tx 端（TP1）通過 PCB 到 USB Type-C?連接 器，藉由 Tx Preset 適當的補償，在 TP2 所量到的 DDJ（Data Dependent Jitter）將相對應的減小。USB4? 認證測試中的 Tx Preset Cal，測試 Preset 0 ～ Preset 15，共 16 組 Presets 的 DDJ，需選出最小 DDJ 的 Preset。USB4? 訊號所支持的速度 10Gbps 及 20Gbps，及通道 Lane 0、Lane 1 需分別進行 Tx Preset Cal。

　　（圖三）?測試點定義

（表二）是待測物 16 組 Preset 的 DDJ 在 TP2 測試的結果，挑選其中最佳的 Preset 1 和最差的 Preset 9 比較其眼圖（如表四），若選錯 Preset 會使得 ISI 效應無法得到適當補償(如 Preset 9，De-emphasis -8.0 dB，低頻預衰減8dB，過補償，導致低頻訊號觸碰到中心 eye mask)，眼圖過小且分岔，訊號 DDJ的值超過 SPEC 規范，導致測試結果 FAIL。

（表二） 16 組 presets DDJ 在 TP2 測試結果 （USB4 Spec: DDJ≦210 mUI）

（表三）USB4 Tx Preset Cal, Preset-1 與 Presdet-9 測試結果比較

選定最佳的 Preset 后，將此 Preset 設定為 TP2 及 TP3 的開機默認值*（圖四）并以此組默認值進行所有 USB4? Tx相關測試。

（圖四） TP2 與 TP3 設定同一組 Preset 值

注*：Tx 訊號質量測試 TP2 與 TP3 皆是以同一組 preset 做測試，只是在做 Tx TP3 遠程測試時，需另外嵌入 2 米

(for USB4? Gen2)及 0.8 米(for USB4? Gen3) S 參數進行量測。

總結：

在 Thunderbolt? 4/USB4? 高頻測試中，因為高頻訊號在經過信道后大幅衰減，須藉由 Tx FFE 均衡器讓高、低頻成分訊號得到不同程度的預補償、預衰減，解決部分信道導致訊號衰減的問題。Tx Preset Cal 設定開機時最佳默認訊號，讓您的 Thunderbolt? 4/USB4? 產品可以在最佳訊號狀態進入鏈接溝通，且順利通過測試。

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