USB在一般現代人的日常生活中，可謂是最為廣泛應用的傳輸介面之一，由於USB介面的方便易用、尺寸小且成本合理，如今在各個不同生活或工作場域都隨處可見USB的蹤跡。不論是家庭中的核心娛樂裝置–電視、個人的筆記型電腦／智慧型手機／平版裝置、辦公室中的工作用電腦／印表機、乃至於車中的車載資通訊娛樂系統，在在都仰賴USB來進行資料傳輸的任務。

除了提供方便、快速而又可靠的資料傳輸外，USB還有一個非常方便的功能，那就是透過介面的相接進行電力傳輸、也就是所謂的充電。然而，目前的USB充電最高仍只能提供到7.5瓦的電力；參考圖一我們可以瞭解到目前各個主流USB技術規格的電力傳輸限制，就現階段而言，USB 2.0規格能傳輸2.5瓦的電力（透過5V電壓提供500mA電流）、USB 3.0規格能傳輸4.5瓦的電力（透過5V電壓提供900 mA電流）、而Battery Charging 1.2則容許傳輸7.5瓦的電力（透過5V電壓提供1500 mA電流），這樣的供電規格進化雖然能符合可攜裝置如手機或MP3的充電需求，但通常需時較長，且要能滿足大尺寸並需消耗較大功率產品如螢幕顯示器或筆記型電腦的供電，則是力有未逮。

百瓦供電 Power Delivery打造多樣化應用可能

為了更加普及USB在不同裝置供電上的應用、並減少電源線的配置，全新的USB Power Delivery便應運而生。USB-IF於日前宣布了這項名為USB Power Delivery（簡稱PD）的電力傳輸規範，旨在透過高達100瓦的電力傳輸量，讓各種裝置均能透過單獨一條USB線纜滿足供電需求，而縮短裝置充電時間的優點，更能優化行動應用的便利性。其基礎技術架構（如圖二所示）就是在晶片組中透過電力儲存的功能，讓電力得以暫存、並傳輸至需要電力的裝置上，同時，Power Delivery具備雙向性的特點，容許裝置間在進行資料傳輸的同時一邊充電，省時便利的作法更加提升其使用上的效率，並不再需要傳統的電源線，使電源線材統一化。

以圖三的實際應用情境為例作說明，在傳統的使用情境中，主機作為供電者，可以提供電力給相連接的螢幕顯示器、筆電、或硬碟；而手機和硬碟作為被供電者，則可吃主機或筆電的電；而若是螢幕顯示器和筆電都支援USB Power Delivery，則在此一技術架構下，螢幕顯示器和筆電都既可是供電者、也可以是被供電者，因此，當筆電電量不足或沒有攜帶電源供應器時，即可透過螢幕來供電，而當螢幕需要電力時，也可透過主機或筆電進行供電，這兩者也可以在其他裝置像是手機、硬碟等需要電力時，透過USB介面傳遞電力，並且與此同時仍能進行資料傳輸的任務。這樣雙向性的靈活運用，也使得USB Power Delivery此一規格成為各家廠商眾所期待的新技術應用。

完整配套 確保技術無縫銜接

USB Power Delivery技術規格已於2012年7月由USB 3.0與USB 2.0推廣小組宣布正式制定完成，目前規格版本為1.0，可同時相容於USB 2.0與3.0兩種主流規格，目前並已放置於USB-IF網站提供下載。而為使此一技術能與既存的USB規格與整個應用生態系統得以無縫銜接，USB Power Delivery在設計上特別注意到相容性與可靠性，因此而有以下幾個特點：

• 能完整運作於既有的USB裝置上。
• 相容於既有符合規格的USB 2.0、USB 3.0線纜與連接器。
• 禁止作用於非合法的線纜（如市面上常見的Y Cable）上，因此能減少風險與對裝置的潛在破壞因素。
• 在發送端及接收端採取高效益低成本的設計架構，電源管理機制能進行不同裝置間的供電調整，藉而使工作效能最佳化
• USB裝置間的電壓及電流值可透過既有的Vbus pin進行溝通，不需額外的繁複裝置設定。
• 供電端（Source）與接電端（Sink）可互換角色，屬雙向式的電源供應，在電源傳輸上有高度的彈性。
• 可共存於目前的USB Battery Charging 1.2，而不相衝突。

由此可見，USB Power Delivery在提供強大供電願景的同時，也同時關注到在實際應用層面上，是否能讓廠商在最簡易的方式、與不需耗費大量成本的狀況下，順利導入PD功能；以及使用者能否在最不需適應的狀況下，就能直接享受到PD帶來的便利體驗。

方便易用 市場普及指日可待

就市場面來看，除了Intel為主要的技術倡議者外，包括德州儀器（TI）、史恩希（SMSC）也將會是晶片此一規格的先驅者，進行USB Power Delivery晶片組的開發；而電源晶片組也將有安森美（ON Semiconductor）與恩智浦（NXP）等大廠的投入。在今年初甫落幕的美國國際消費性電子展（International Consumer Electronics Show，CES），USB-IF也已在會中展示了實際的技術應用，透過一台接電且符合USB Power Delivery功能的螢幕顯示器，可透過USB線纜供電給一台功率為65瓦的筆記型電腦，並可再與另一台螢幕相連作為延伸桌面顯示，透過這樣簡單的展示，便可讓人對其應用產生無限想像。

在高速傳輸介面之爭中，儘管Thuderbolt擁有比USB更快速的傳輸速度，但USB在功能上另闢蹊徑針對供電能力的大躍進，創造了未來更便利的使用情境，再加上USB介面在成本上的優勢、以及整個市場消費者的高接納度，在短期內必然也將持續佔據市場主導地位。相信在不久的將來，USB Power Delivery的標誌（如圖四）也將逐步滲透各式電子產品與應用場域。

作為USB-IF所授權的指定測試實驗室，百佳泰始終追隨科技遞延的腳步實時更新技術能力與驗證深度，除了從USB Power Delivery規格推出初期便開始著手技術的瞭解、研究與掌握外，也將持續關注其他晚近規格像是SuperSpeed Inter Chip（SSIC）以及各規格未來版本的鑽研。若有任何對USB介面相關技術、測試驗證的問題，歡迎聯繫百佳泰service@allion.com。

有鑑於線纜與連接器會因為高頻訊號、機械特性、電氣性能以及環境變化等因素影響其性能，因此開發商需一套完整的測試認證計畫與專業實驗室的協助與諮詢，才能確保產品符合品質條件、完美展現功能需求。在此篇認證技術文章中，百佳泰專家將深入淺出介紹不同規格的USB在認證上的重點，並針對SAS 4.0、PCIe最新規範介面的OCuLink、及光纖線纜AOC（Active Optical Cable），等不同介面的產品，簡單扼要解釋其特點。此外，我們也會對電氣測試（Electrical Test）、機械測試（Mechanical Test）、及環境測試（Environmental Test）所需要的儀器和測試內容做一些基本的介紹。

USB 2.0 & 3.0認證測試介紹

依照USB協會（USB-IF）的規範，USB 2.0的測試流程，分為八種測試類別（group）。根據線纜與連接器的不同產品性質做為區分，依序接受電氣性能、機械特性、及環境變化的縝密測試。而電氣測試、機械測試、及環境測試又各自包含了許多不同的子測項。因此，受測產品會接受從數十小時到長達數百小時不等的測試。針對系統業者來說， USB 2.0連接器得接受數百小時的環境測試，內容包含溫度壽命試驗、混合氣體腐蝕試驗、熱衝擊試驗、及溼度試驗。至於USB 2.0線纜（Cable assembly），因為不需環境部份的測試，因此整體測試時間會相對地較短。

USB 3.0，又號稱為Super Speed USB，速度最高能支援5Gbps，因此測試項目較多。至於USB 3.0的線纜不用接受環境測試，所以認證測試時間上相對來說不會那麼久。在認證規範上，並不是所有的兩端有連接器配備的線纜就可以稱作為USB線纜，USB協會對此有嚴格的規定，唯有USB協會制定的連接器樣式才能被視為USB 連接器。也唯有USB協會認可的線纜類別才可以送測取得認證及Test ID（TID）。不過如果廠商的產品是屬於標準外規格的話，百佳泰的客製化服務團隊也將協助客戶與協會進行討論與爭取能夠得到協會允許進行產品認證。

根據協會規定，任何一個類別的測項失敗的話，該類別的全部測項得重新測試，這不僅有出貨時間與金錢成本上的壓力，要如何發現問題的癥結，更是廠商最在意的事。因此，擁有一個值得信賴的驗證測試夥伴是一件非常重要的事。

新規線纜總覽

•  USB 3.1

USB 3.1被稱為USB 3.0的次世代，擁有高達10Gbps的傳輸速度，並能向下相容於2.0與3.0。因為其高速關係，在連接器鐵殼上正反兩面共加了四個grounding spring，來抑制EMI與RFI的問題。

表一：USB 3.0裸線纜與USB 3.1裸線纜比較

從表一可以看到USB 3.1裸線纜和USB 3.0裸線纜在線材特性阻抗試驗（Characteristic Impedance Test）和傳遞衰減試驗（Insertion Loss Test）測項上有明顯的差別，顯示為更為嚴格。而不僅是在線纜部分，USB 3.1相關的線纜配件、和連接器的測試規範都較為嚴謹。

•  USB Type C

有鑑於Apple的Lightning技術正反兩面都可以使用，USB協會也正在開發Type C，尺寸接近於USB 2.0 Micro B，且也計畫提供高瓦特數供電傳輸功能（power delivery）。Type C Receptacle分為Full Featured版本和USB 2.0版本，在Full Featured版為單面12 pin、雙面24 pin的設計。2.0版本則將Super speed pairs移除 ，支援正反面連接用。在Type C plug部份只有Full Featured版本，藉由不同的裸線來區別Full Featured & 2.0。此外，Type C被視為未來手持裝置的充電介面，預計到2016年時，包含現在正使用Lightning介面的Apple採用Type C介面的機會也大大的增加，尤其歐盟正式宣布要統一手機的充電介面，其推波助瀾之下，將會增加Type C的普及率。同時，相關廠商也要注意雖然協會沒有針對轉接頭做任何認證的要求及規範，但針對Type C和USB 3.1標準Type A的轉接頭、Type C和USB 2.0 Micro B的轉接頭，USB協會後續勢必將強制規定要通過認證。

圖一：左邊為Type C至USB 2.0 Micro B轉接頭；右邊為Type C至USB 3.1 Standard A轉接頭

•  SAS 4.0

現階段的SAS支援12Gb/s，預計到2016年會變成24Gb/s，而現有的介面將會改版，會有全新的設計。因為頻寬加大的關係，其差分對（Differential Pair）也會加多，從原本的四對變成八對。除了高頻特性改變之外，原本的機構特性、環境特性還是會和SAS 3.0一樣。協會預計2016年前會正式公布詳細規格。

•  OCuLink

待協會定義完OCuLink的規格之後，期許OCuLink能夠支援PCIe Gen 3的8Gb/s、PCIe Gen 4的16Gb/s，且能同時支援光纖版本和銅線版本，並能運用在內部以及外部用途上。協會希望未來PCIe SSD在內部運作時，能透過OCuLink連接Controller Card和系統。

•  Active Optical Cable (AOC)

號稱下一代線纜/連接器的AOC，較銅線輕薄，因為其光纖的特性可以克服銅線的長度限制。AOC並不會因為線纜長度的增加而影響其性能表現（performance），例如：200米的HDMI光纖線纜跟1米的HDMI光纖線纜，其性能表現依舊是一樣的。光纖所費比銅線高昂，但是並不是貴在線纜的本身，而是兩端的光電元件和IC。

表二：五種不同高速介面銅線與光纖線纜傳輸長度比較

由下表三的眼圖（Eye Diagram）分析可以看到，銅線會隨著線纜長度的增加，出現訊號傳輸衰竭的現象；而光纖線纜不管是20m或是100m，其性能表現並不會受到影響。然而，即使光纖線纜能夠支援長米數應用，協會也看好未來趨勢將會取代長米數的銅線線纜外部運用，不過因為光纖現有技術上較不能搭配在系統內部的折彎與撓曲等配置，所以尚無法在內部線上做廣泛的運用，所以銅線線纜並不會被完全取代，將與之一起並存在市場之上。

表三：銅線線纜與光纖線纜的眼圖比較

線纜與連接器驗證概念

在線纜與連接器品質驗證測試上，我們專業測試團隊建議五個重點項目：

• 電氣測試 Electrical Test （含高頻測試 High Frequency）
• 機械測試 Mechanical Test
• 環境測試 Environmental Test
• 認證與相容性測試 Compliance Test Service
• 情境模擬測試 Scenario Test Service

我們以環境測試作為舉例：一項產品的效能、穩定度與整體品質可能受到諸多環境因素的影響，像是溫度、濕度、高度、機械衝擊與震動等等，對許多製造廠商而言，要掌握產品在不同情境下的真實表現與容限更是非常棘手的難題。因此，廠商需要專業的實驗室及設備儀器，能夠完整重現這些產品在真實世界中可能遭遇的種種狀況，並點出問題風險所在。

而上述的五個重點測試項目中，「情境模擬測試」是屬於綜合其他三種項目的混合型測試。現實環境總是複雜且殘酷的，為了要確保廠商的產品品質貼近於真實世界，我們設計了一些情境測試，模擬真實的環境狀況，進行電氣、機械和環境測試。如圖二所示，上山下海的汽車比一般的消費型電子產品更會接觸到不同的極端使用環境，因此車機裡面的線纜需要接受一系列包含：溫度、濕度、高度、震動、機械衝擊…等較為嚴苛的試驗，才能忠實呈現在不同使用情境之下時，產品的品質是否能維持效能表現，以免日後產品產生問題會有更高的回收成本與客訴問題。

圖二：情境模擬測試─模擬汽車在真實情境的使用狀況

不同線纜與連接器有不同的特性，需要完整的高階測試儀器與環境，諸如端子強度測試儀、線纜搖擺測試器、震盪測試儀、X光測試儀、焊錫性測試儀器、溫變衝擊試驗機、耐壓測試儀、蒸氣老化與鹽水噴灑測試儀等，才能提升測試效率並完整驗證產品的品質。

表四：應用在線纜與連接器的測試儀器一覽表

百佳泰的線纜與連接器專業測試中心為USB協會（USB-IF）正式授權的「USB線纜與連接器測試實驗室（Cable Assemblies and Connector Labs）」，能提供USB 2.0與USB 3.0、3.1規格版本的線纜與連接器完整相符性認證測試，百佳泰也是HDMI協會認可的HDMI線纜專屬測試實驗室。除了認證測試之外，亦能針對各式不同技術規格的線纜與連接器如HDMI連接器，以及DisplayPort、MHL、SATA等，提供包括高頻訊號、機械特性、電氣性能、及環境變化等類別的精密測試與驗證。更多相關資訊，歡迎洽詢百佳泰service@allion.com，或線上瀏覽我們的專業線纜與連接器測試服務內容http://www.allion.com.tw/cabcon.html。

USB發展歷史

USB的全名為Universal Serial Bus， 最初是由英特爾與微軟公司倡導發起，其最大的特點是支持熱插拔（Hot plug）和即插即用（Plug&Play；PnP）。當裝置插入時，主機端尋找到此裝置並載入所需的驅動程序，因此使用上遠比其他匯流排方便。

USB 速度比並列埠（Parallel Port）與串列埠（Serial Port，如 RS-232）等傳統電腦用標準匯流排快上許多。原標準中USB 1.1 的最大傳輸頻寬為 12Mbps，USB 2.0 的最大傳輸頻寬為 480Mbps。2008年推出的USB 3.0更從480Mbps提升到4.8Gbps以上。近期發表了USB 3.1的最大傳輸頻寬更是USB 3.0的兩倍高達10Gbps。請參閱表1為USB發展歷史。

表1：USB發展歷史

號稱介面之王的USB，已經在電子業界立下無法取代的地位。相信沒有人可以準確的說出全世界有存在少的USB連接埠。分析師說，估計每年至少有超過20億個擁有USB連接埠的裝置出貨，這個數字可以說是相當驚人的數量。

回顧USB的發展史，USB 1.0規範於1996年剛確立時，可是難以吸引週邊與裝置製造商的青睞，因為USB 1.0規範只定義了1.5 Mbps的傳輸速度，在資料通信上難以實現使用者所需要的效率。而在當時的Fast SCSI，已經能支援到10 Mbps的範圍。然而甚至當時另一火紅IEEE 1394a的傳輸界面（蘋果電腦稱為Firewire），傳輸速度也高達400 Mbps。為了提昇競爭力，英特爾於是在2000年的時候推出USB 2.0 HS（High Speed），傳輸高達480 Mbps。圖1為USB 2.0 High Speed Logo。

圖1：USB 2.0 High Speed Logo（圖來自USB.org）

USB在2008年公佈了USB 3.0的規範，傳輸速度高達5 Gbps。到了USB 3.0的時代，被稱為SS（Super Speed）。從推出至今，USB 3.0已經成為最普及的主流介面，充分的運用各式外接市場上，如：外接式硬碟機、固態硬碟（SSD）、DVD播放器…等。圖2為USB 3.0 Super Speed Logo。

圖2：USB 3.0 Super Speed Logo（圖來自USB.org）

USB的重大變革─Type-C推出

面對其他高速介面的挑戰，USB到了2013年也推出USB 3.1新規格，支援高達10 Gbps的傳輸速度，並更名為USB 3.1 Super Speed Gen 2，而原本支援 5 Gbps的USB 3.0則稱為USB 3.1 Super Speed Gen 1。圖3為USB 3.1 Super Speed Gen 2 Logo.

圖3：USB 3.1 Super Speed Gen 2 Logo（圖來自USB.org）

Type-C規格於2014年8月公告，雖然被包含在USB 3.1的規格裏，但是其實Type-C仍然有USB 2.0的規格。下列為Type C四大特點：

1. 較小的尺寸：在尺寸上與現有USB 2.0 Mirco-B相似。

2. 電源充電：Type-C將支援更高的電源充電能力。

3. 可擴展性：Type-C的設計將支援未來USB的性能。

4. 可用性：支援正反面都可插入，使用者將不再需要分辨正反面，更容易將接口插入。

Type C最終版的尺寸約8.4mm x 2.6mm，比USB 2.0的Micro-B稍大。其充電能力本身支援到15W，同時也支援USB Power Delivery規格，最高將支援到100W的供電能力。在傳輸速度上，除了支援現有USB 3.1 Super Speed Gen 2的10 Gbps之外，也預期將能支援到後續更高的傳輸速度（如USB 4）。使用上支援正反可插（如蘋果電腦的Lightning介面），更可擴大適用於平板電腦、智慧型手機等輕薄型行動載具，因此格外受到市場期待。

Type-C的連接器設計，與以往的USB連接器有很大不同，採用了上下排同時存在端子的型式。板端的連接器（Receptacle）只有唯一的一種型式，為24支端子的設計。在板端連接器的界面上，則有Vertical、Right Angel、Mid-Mount等形式。端子腳的形式也分別有Dual-Row SMT、Hybrid等形式。而在線端的連接器（Plug）則有兩種設計，分別為支援高傳輸速度的Full Featured版本與USB 2.0版本兩種。由於Type-C為上下排端子設計，因為在線纜加工上，必須在Plug尾端進行Paddle Card連接，芯線才加工在Paddle Card上。同時協會也定義了，若Type-C線纜要支援3A以上的供電能力時，必須有USB Type-C Electronically Marked來註記。在線纜規格的部份，主要有下列三大項：

1. 標準Type-C線纜

2. 傳統USB線纜

3. 傳統USB轉換器

標準Type-C線纜中，有USB Full Featured Type-C線纜與USB 2.0 Type-C線纜兩種規格。

傳統USB線纜中，有分USB 3.1與USB 2.0兩種規格。USB 3.1規格中定義了：USB Type-C to USB 3.1 A線纜、USB Type-C to USB 3.1 B線纜、USB Type-C to USB 3.1 Micro-B線纜等3款。USB 2.0規格裏頭定義了：USB Type-C to USB 2.0 A線纜、USB Type-C to USB 2.0 B線纜、USB Type-C to USB 2.0 Mini-B線纜、USB Type-C to USB 2.0 Micro-B線纜等4款。

傳統USB轉換器中，有USB Type-C to USB 3.1 Receptacle轉換器與USB Type-C to USB 2.0 Micro-B Receptacle轉換器兩種。圖4為Type-C Plug外形。

圖4：Type-C Plug外形（圖來自Type-C 1.0規格）

在測試規格上，Type-C的測試有下列幾項主要的要求：

1. 機構測試：Type-C主流為使用在手持裝置上，所以與USB Micro-B一樣，耐插拔1萬次的高壽命。插入力與拔出大也與原始USB其他Type有所不同，Type-C的插拔力為5~20N，拔出力為8~20N。同時必須進行線纜彎曲試驗與線纜拔出試驗，如Micro-B一樣，Type-C也必須進行4軸向測試。

2. 電氣測試：在低階額定電阻（LLCR）的測試上也有改變，初始值從原本的30mΩ變成40mΩ。除此之外，Type-C必須進電流溫昇測試，在Vbus端子給予5A的電流，且在Vconn端子給予1.25A的電流，溫度的變化量不能超過30ºC。

3. 環境測試：與USB 3.0要求相同，遵照EIA 364-1000.01規範連行環境測試。

4. 電鍍要求：與USB 3.0要求相同。

5. 高頻測試：Type-C的規範與以往USB規範最大不同處，在於Type-C針對板端連接器也定義出一連串的高頻測試要求，Type-C板端連接器與標準Type-C線纜高頻測試要求如表2（傳統USB線纜的測試要求則不同）。

表2：Type-C板端連接器與標準Type-C線纜高頻測試要求

上述的高頻測試完成後，還有5項參數必須透過USB協會所公告的公式進行換算，才能得知此Type-C線纜是否符合協會的要求：

1. ILfitatNq（Insertion Loss fit at Nyquist frequency）

2. IMR（Integrated Multi-Reflection）

3. INEXT（Integrated Near-end Crosstalk）

4. IFEXT（Integrated Far-end Crosstalk）

5. IRL（Integrated Return Loss）

有鑑於各測項上皆涉及精密的高頻訊號、機械特性、電氣性能以及環境變化等類別的測試與驗證，廠商在認證測試時亟需專業實驗室的協助與諮詢。協會正式授權的實驗室能夠提供專業的技術支援及設備儀器，以完整重現這些產品在真實世界中可能遭遇的種種狀況，並點出問題風險所在，確保產品符合品質條件、完美展現功能需求。

因為USB 3.1開始要求到10 Gbps的傳輸速度，所以在線材屏敝（Shielding Effectiveness Requirements）問題上也格外受到重視。線材屏敝的好壞將影響到EMI與RFI，所以USB協會針對線材屏敝的測試也定義了嚴謹的測試要求，如圖5所示為線材屏蔽設測環境：

圖5：線材屏蔽設測環境（圖來自Type-C 1.0規格）

Type-C的後續發展

Type-C的發展始終受到業界觀注，歐盟也將在2017年統一所有手機充電器的規格，並要求在手持裝置上的連接器必須一致。目前充電介面還未採用USB規格的蘋果陣營，格外受到關注，而這就是為何市場分析師預期Type-C將能在iOS與Android兩大陣營的大力支持下，加速切換的腳步，啟動新一代USB介面規格世代交替潮。

另一個Type-C連接器的主要目標，是希望能取代現有的USB 2.0 Micro-B連接器，做為各式行動裝置的標準傳輸線規格。過去USB 2.0 Micro-B連接器，被許多智慧型手機等行動裝置採用，但到了USB 3.0時代，雖然傳輸速度大幅提昇，但礙於USB 3.0 Micro-B連接器的寬度超過USB 2.0的兩倍，對於輕薄化訴求高的智慧型手機而言太寬，因此少有智慧型手機大廠採用USB 3.0 Micro-B連接器。USB協會希望能透過推出新一代Type-C連接器，來統一行動裝置的傳輸線規格。期望Type-C能成為所有裝置在資料、電力、影音傳輸上都可通用的唯一介面標準。

唯一可惜之處是，USB Type-C與現行USB連接埠並不相容，若是在舊有的手機或是電腦上使用，得配上轉換器才可使用。目前在市場上尚未出現已搭配USB 3.1連接埠的裝置，但按照以往USB規格普及的速度，相信不久的未來，消費者們就可以見識並體驗到USB Type-C帶來的便利。

百佳泰為USB-IF正式授權的USB 3.0全Hub裝置種類的認證測試（USB 3.0 Full Hub Category）實驗室，可針對SuperSpeed Hub相關產品進行USB 3.0標準認證測試服務。除了提供USB不同規格版本的線纜與連接器完整相符性認證測試，百佳泰的線纜與連接器實驗室亦能針對各式不同技術規格的線纜與連接器如HDMI連接器，以及DisplayPort、MHL、SATA等，提供包括高頻訊號、機械特性、電氣性能、及環境變化等類別的精密測試與驗證。更多相關資訊，歡迎洽詢百佳泰service@allion.com，或參閱我們的專業線纜與連接器測試服務內容http://www.allion.com.tw/cabcon.html。

隨著USB Type-C標準規範的發布，龐大商機湧現，各家線纜與連接器廠商無一不想盡辦法搶先取得認證，進而取得Type-C市場商機，提升產業競爭力。百佳泰掌握市場潮流於今（2015）年5月06 日至07 日舉辦兩場USB Type-C規格與驗證要點技術講座，吸引超過兩百人次共襄盛舉。不僅帶領大家一同快速溫習USB Type-C規格，更藉由Type- C認證要點精確掌握市場變化，並分享認證測試常見問題，同時現場Q&A提供各廠商最即時的問題偵錯服務。

為進一步滿足市場對於USB Type-C認證服務的需求，百佳泰將在此篇文章帶大家一窺活動精髓，再以問卷調查的方式來剖析市場，更瞭解廠商未滿足的需求重點，也作為未來服務改進的參考，期盼持續提供更好的認證服務。

USB Type-C市場龐大商機

回顧USB的發展歷史，在 IT 領域，USB 是自上世紀 90 年代以來最持久的代表規格之一，在今天不僅僅是電腦，大多數電子產品包括標準電腦周邊，幾乎都有配備一個 USB 連接埠，只是在尺寸和類型略有不同，可以說，USB 已經佔據了絕對的市場。

而 USB Type-C 作為一個新型的連接埠， 不僅支援更快的速度，更有助於製造商打造更輕薄的工業設計產品，同時具有極為強大的可擴充性。 對連接器、連接線產業而言，Type C新規格將帶來有如「改朝換代」般的重大變化，領先群將可搶食更大的市場商機。號稱全世界上第一個Type-C的裝置-Nokia N1，底部就是Type-C接口，充電線則是附2.0 C對A可充到2安培，充電用的轉換器可用在其他手機或平板。也因為蘋果的加入，讓此商機更蓬勃，新一代的Apple New MacBook只留有一個接口那就是 USB-C（Type-C）連接埠，不管充電、滑鼠、鍵盤都全仰賴它。此外，樂視 LeTV 推出三款旗艦手機也都將USB Type-C 應用在 Android 智慧手機上。

USB Type-C規格快速溫習

相信大家都對USB Type-C並不陌生，但還是很多人會誤解Type-C等於3.1，實際上USB Type-C 只是 USB 3.1 標準的一部分，而不是一個新的標準。Type-C支援2.0版本，但不能代表全部的3.1。簡單來說，它是一種新型 USB 線纜及連接器的規範，定義了包括連接器、端口、容器和線纜等在內的一整套全新的 USB 物理規格。而它的誕生則是為了滿足廠商和消費者對於輕量小型化以及跳脫傳統USB接口變成無方向性的插拔需求。

USB 3.0和3.1連接器大小比例圖

在通用序列匯流排應用者論壇（USB-IF）與國際電子電機委員會（IEC）聯手催生之下，跟隨 USB 3.1 規範一同推出的USB Type-C規格陸續拍板定案，規格具備了接口尺寸較小、支援供電能力、無方向性以及可擴充性四大特點。（更多有關USB發展歷史與Type C四大特點，請參考USB Type-C 規格與測試要點）。

Type-C 認證要點

百佳泰將針對認證上Type-C 線纜需要測試的項目做簡單介紹。從以下百佳泰整理的Type-C Certification Test Group認證測試圖表可以看出，灰色是電氣特性、紫色是機構特性、綠色是環測特性以及黃色是高頻特性項目。不同receptacle(板端的連接器)和plug(線端的連接器)或cable & adaptor assembly(線纜&轉換器組件)測試的要求會有所不同。

百佳泰Type-C Certification Test Group認證測試圖表

要測項目圖表

根據協會提供的要測項目圖表(上圖)顯示，基本上，如果是連接器Group A需全測，在USB 3.0也是一樣。Group B-1 3.0全測但Type-C只測B-1-3、Group B-5 critical dimension以及B6溫升測試。Plug比較特別的是需要加測Group B-7。如果是cable or adaptor assembly的認證測試項目為Group B 1-5則要測。但問題是為何Cable或adaptor assembly要測Group B-5 critical dimension? 因為協會有規範over-mold外模尺寸的厚度和寬度，我們將針對這兩個部分進行量測，超標就算不通過。套用百佳泰認證測試圖表紅色框起來的部分為Receptacle要測的項目，大家或許會疑惑，Type-C的Receptacle真的不測高頻嗎? 以目前的定義是，不測高頻，所以B2, B3, B4不框。協會也特別強調，只要鍍的厚度可以通過另外不測電鍍。而Plug與Receptacle的差異只差在plug要測B-7，Wrenching Strength Testing手法後續會做詳細介紹。

目前在USB Type-C認證測試上，較為困難、且不容易測過的項目包含:

• 4-Axis Continuity Test

四軸向與以往2.0、3.0測的方式相較之下有一些改變，Receptacle & plug在Group B-1只需測四軸:

• 針對Receptacle來說一定是公母匹配，在板上型或沉板型Right Angle Type給予0.30 Nm (牛頓乘以公尺，也就是力與長度的乘積，從公母結合處往後算15mm下壓20N相乘後等於30Nmm，接著除1000變成0.30 Nm)。

• 如果是Vertical Type的話則是0.12 Nm。Plug則與以往四軸向測試方法完全一樣，在後面調一個8N，然後四個軸向各10秒鐘不能瞬斷不能變形才算是通過。

※注意: 這些治具必須是協會的標準治具

此外，Plug與Receptacle測試也有分別，實際治具第二代(下圖右)前面面板可拆除，第一代(下圖左)則沒有面板可拆除。

第一代與第二代治具圖

• Wrenching Strength Test

一般來說，扭曲測試需要測兩次，第一次使用第二代治具測試(相同的治具也會用在Wrenching Strength Test)，用0.75牛頓米(如下圖15mm處下壓50N牛頓才能達到0.75 Nm)，不能瞬斷不能變形就算通過。

第二次要使用以下治具:

測試時須提供一組四個新的plug，原因是我們會在上下面施予2Nm牛頓米(20mm處下壓100N牛頓約10KG相乘後2牛頓米)以及左右兩側3.5Nm牛頓米的力量(一樣取20mm處下壓175N牛頓)，如此下壓必定造成損壞。目前可確定的是，協會允許被破壞，但須提供協會破壞點力量曲線，因為下壓100N、175N牛頓算是很嚴苛的條件，一般不太容易過。

• Durability & Insertion/Extraction Force Test

壽命以及插入/拔出力測試在標準的USB介面來看其實不難，應用在Type-C上會變得困難是因為這種設計磨擦久了塑膠會被磨掉。雖說壽命測試有10,000次，在這之前務必先確認插入及拔出力符合初始值要求(Insertion Forces: 5N to 20N;Extraction Force: 8N to 20N)，10,000次之後降低規格(After Durability: 6N to 20N)。

• Current Rating Test: (T-Rise) —最新版CTS只要量測一個點

溫升測試也是大家所關心的項目，到底溫升測試需要量幾個點?

正面圖

如果Receptacle是板上型也就量測不到背面的第一個點。原則上總共有1個量測點，但會依不同的連接器樣式作調整。

如果是標準的TYPE-C 線纜是可以支援3安培，但如果要支援PD則需要5安培。一般做溫升測試時，不管有無支援PD一律測5安培。

• Electrical Specification

• Informative Spec: 連接器不測所以高頻測試會是Informative，同時也包括Raw Cable Electrical Spec。

• Normative Spec: 項目包括Raw Cable Electrical Spec。Cable assembly的S參數也都是informative，但會測的原因是因為測出來轉成SI MODEL後才能利用INTEL轉換軟體(Signal Integrity Compliance Tool)來計算cable assembly高頻參數到底是過或不過(pass or fail)。實際轉出來的參數也就是剛剛整個Group B-3的六項，但要先行測試才有辦法做這樣的轉換。

Intel軟體畫面 實際轉出畫面

在Allion Report上，我們會特別標出協會要求的三個頻段值是多少，經過比對之後就知道結果是通過或不通過(pass or fail)。

下表則是針對C to C 線纜會有Gen1 和Gen2之分，只有這項Insertion Loss Fit要求不一樣，其他全部都一樣。

USB Type-C認證測試常見問題

就執行認證測試時常遇到的問題，百佳泰也特別整理出一些與各位分享，提供大家在開發、驗證 USB Type-C產品時，一個品質保障的參考與技術諮詢。雖然有些問題已經得到協會的回覆可行或不可行，然而還有一些仍處於有相當高共識，但尚未正式定稿的階段。

常見問題一: CTS 認證範圍

目前CTS已更新至 0.95第二版本，認證範圍僅包括Mechanical(包含環測)和Electrical(包含高頻)兩種項目。USB receptacle插座的部分，USB 協會推出很多款包含常見的TOP MOUNT板上型正反向以及MID MOUNT層板型。而PLUG的部分，屆時認證會有三款，一款是FULL FEATURE PLUG & CABLE，USB 2.0 PLUG & CABLE以及POWER ONLY PLUG & CAPTIVE CABLE。

三款認證PLUG

Passive cable assemblies TYPE-C在線纜規格的部份主要分為三大類型:

I. 標準的TYPE C to TYPE C Cable Assembly- 在USB 3.1 支援 3.1 Gen1的5G&Gen2的10G和2.0 支援 HIGH SPEED兩個種類，在認證測試要求上也有些許差異。

II. Type-C to Legacy Cable Assembly- 在USB 3.1的版本中不管C to Standard A或MICRO-B或 STANDARD B只支援10G版本(測試要求)，也就是只有3.1 Gen2。

III. Type-C Legacy Adapter- 協會只接受USB Type-C to USB Standard-A Receptacle Adapter(帶最長15cm線)以及 USB Type-C to USB 2.0 Micro-B Receptacle Adapter這兩種，其他一律不接受。

總言之，CTS認證範圍包含Type-C connectors and passive cable assemblies，所以帶E-Marker的線纜認證將被視為是passive cable。

Q: 如果是C to C線纜基本上除了2.0 3安培沒有E-Marker，所有都要E-Marker?

A: C to C cable assembly除了USB 2.0 3A之外，其餘一徑要帶E-Marker。

不同PIN數

在連接器規格上，不管板端連接器receptacle用在哪裡，如手機、平板、NB、外接硬碟，板端連接器只有一種規格那就是24PIN，但有在針對USB 2.0的板端連接器(16P)做認證上的確認。原則上FULL FEATURE會有22跟24 PIN兩種版本，2.0則會有12 PIN和14 PIN。

從下圖PIN數上可明顯判別，USB 2.0 ONLY VERSION有9 PIN，FULL FEATURE VERSION則有22PIN:



常見問題三: 不同PLUG

很多廠商會做FULL FEATURE PLUG但可能沒有做2.0 PLUG，常遇到的問題是可不可以用FULL FEATURE PLUG來認證2.0 CABLE ASSEMBLY? 得到協會的回覆是，USB2.0 TYPE-C TO TYPE-C CABLE ASSEMBLY可以，C TO LEGACY卻是不行的。但仍待協會明文規定出來，再尚未公告之前，都是不能使用FULL FEATURED PLUG的。

常見問題四: Durability

所謂壽命測試一萬次以上，並不代表一萬次一次插到完就算了，測試一萬次之前必須先確認插入拔出力是否符合要求，正面做一千次後再確認拔出力要8 N to 20 N跟初始值一樣。然後正面再做一千五百次，等於正面做完兩千五百次後反面再做兩千五百次，再正面做兩千五百次反面也兩千五百次。反覆一萬次後再確認拔出力要滿足6 N to 20 N牛頓米。這是目前CTS目前定義Durability的測試手法。

Q: 目前測試插入速度?

A: 經與協會確認後，協會要求cycle rate=500±50 cycles/hr. 以符合EIA-364國際標準規範。

常見問題五: LLCR測試點

LLCR測試點也是大家最關心的問題之一，最新版ECR測試點如下:

原本定義LCR是從母端端子量測到paddle card處，最新版的ECR只量測plug跟Receptacle的端子腳(不含paddle card)。規格原本為40m，環測項目後正負10不超過50m都算合格。

常見問題六: Over-mold形狀

在Over-mold形狀方面，有部分線纜廠商詢問，由於type-C over-mold薄薄的又很光滑，插上去力量太大不容易拔出，如果做個造型在上面或許會比較好拔?但協會顯然並不接受，因為線纜認證要量尺寸，需要一致的厚度才可以通過。

常見問題七: Vertical Type

目前在執行認證測試面臨的最大問題，在於當廠商已開發Vertical Type款式，但測試治具還未完成，因此單純做四軸或wrenching測試絕對不會過關，那該怎麼辦呢? 關於此問題仍與協會持續討論治具要如何進行才會對連接器有保障。

常見問題八: Cable長度

針對C TO C CABLE需不需要放E-Marker這個問題， 從下圖可以看出只有USB 2.0 3A Current Rating可做選擇，其他都需要E-Marker。

有關CABLE的長度，很多人會問限制是從PLUG到PLUG還是SR到SR? 協會回覆是SR到SR，也就是裸線長。然而我們從協會端得到不同的答覆，因此這部分還待進一步與協會確認。但無論如何，可以確定的是協會不接受PD Receptacle，原因是怕會誤會可接受到5 A。轉換器部分，最高到3A，放不放E-Marker 無所謂，因為原本Type-C就可以支援3A。

常見問題九: 板端連接器的高頻測試

就USB Type-C Mated Connector spec for SS- Informative的部分，我們仍與協會討論是否改回 Normative測高頻項目。如果不測的話，放在NB裝置上怕板端連接器影響到整個特性。在系統大廠希望測的情況下，Intel將會徵求各個大廠的意見。如要測就不會只有這些參數，也就是說會透過tool轉換有S參數，fail後轉成SI MODEL轉換為基準。但無論如何，這個部分目前還未定案，如果變回Normative，連接器將多了至少B3 Group需要測。

常見問題十: Trident LOGO

市場上常有兩個錯誤的認知，一為連接器要過認證，整台系統就一定要過。另一個錯誤認知是，外包裝有印製紅白藍LOGO系統，但整台系統無需過認證。基本上，USB 2.0有無過認證和cable上有無標示icon協會並不會約束，但要使用3.0 SS 樹狀Trident LOGO就必須過認證。換句話說，連接器要過認證，整台系統則不一定要過。舉例而言，如果NB大廠的產品NB側邊要印上LOGO，連接器就必須過認證，整台系統就不一定，端看外包裝有無印製紅白藍LOGO，如要印刷就必須過，如沒有整台系統則不用。原則上，系統要印SS 樹狀Trident LOGO字樣就必須過認證。

市場剖析

本次講座開放報名第一日名額即告爆滿，報名人數遠超過目標的120人；臨時決定在隔日多辦一場讓更多廠商受惠，從第一場就有78.7%報到率以及第二場更高達81.1%報到率來看，可說是獲得空前的成功! 第一場和第二場的問卷回收率也頗高，分別達到84.0%和85.3%的比率。

根據參加者對本講座之滿意度調查表發現，吸引第一場次參加者報名此活動的最主要原因為瞭解線纜與連接器最新技術更新，比率佔了46%。5/7的第二場次則是兩者居多，也就是為了相關線纜與連接器認證/測試需求的比率占比最高。綜合整體對於講座的評價，第一場大多數參加者覺得滿意的，其次為非常滿意，反觀第二場參加者則是以非常滿意居多，其次為滿意，對此講座給予極高的肯定。

另外，從線纜與連接器廠商產品線為USB占大多比例以及預計推出USB Type-C新產品為主打來看，大家早早就嗅到這個爆發性的商機，連接器廠商更是早在近2年前，就開始密切追蹤制訂相關規格的進展。為搶得先機，透過百佳泰可迅速送樣認證進行測試，採取多管齊下方式在這場Type C的「卡位戰」中卡位才能搶得先機!

百佳泰的線纜與連接器專業測試中心身為USB-IF正式授權的「USB線纜與連接器測試實驗室（Cable Assemblies and Connector Labs）」，除了提供USB不同規格版本的線纜與連接器完整相符性認證測試，亦能針對各式不同技術規格的線纜與連接器如HDMI連接器，以及DisplayPort、MHL、SATA等，提供包括高頻訊號、機械特性、電氣性能、及環境變化等類別的精密測試與驗證。更多相關資訊，歡迎洽詢百佳泰: service@allion.com，或參閱我們的專業線纜與連接器測試服務內容http://www.allion.com.tw/cabcon.html

(本文章謹以專業實驗室角度，整理出USB Type-C認證上常遇到的問題與大家分享，目的為提升產業競爭力而提供的一個溝通合作平台，更提供廠商在開發、驗證 USB Type-C產品時，一個品質保障的參考與技術諮詢。如有任何關於USB Type-C認證測試或其他精密測試與驗證等技術疑問，歡迎逕洽百佳泰。)

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