剖析線(xiàn)纜與連接器技術(shù)標準 掌握認證測試要點(diǎn)

有鑒于線(xiàn)纜與連接器會(huì )因為高頻信號、機械特性、電氣性能以及環(huán)境變化等因素影響其性能，開(kāi)發(fā)商需一套完整的測試認證計劃與專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室的協(xié)助與咨詢(xún)，才能確保產(chǎn)品符合質(zhì)量條件、完美展現功能需求。在此篇認證技術(shù)文章中，百佳泰專(zhuān)家將深入淺出介紹不同規格的USB在認證上的重點(diǎn)，并針對SAS 4.0、PCIe最新規范接口的OCuLink、及光纖線(xiàn)纜AOC(Active Optical Cable)等不同接口的產(chǎn)品，簡(jiǎn)單扼要解釋其特點(diǎn)。此外，我們也會(huì )對電氣測試(Electrical Test)、機械測試(Mechanical Test)、及環(huán)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(xié)會(huì )(USB-IF)的規范，USB 2.0的測試流程，分為八種測試類(lèi)別(group)。根據線(xiàn)纜與連接器的不同產(chǎn)品性質(zhì)做為區分，依序接受電氣性能、機械特性、及環(huán)境變化的縝密測試。而電氣測試、機械測試、及環(huán)境測試又各自包含了許多不同的子測項。因此，受測產(chǎn)品會(huì )接受從數十小時(shí)到長(cháng)達數百小時(shí)不等的測試。針對系統業(yè)者來(lái)說(shuō)， USB 2.0連接器得接受數百小時(shí)的環(huán)境測試，內容包含溫度壽命試驗、混合氣體腐蝕試驗、熱沖擊試驗、及濕度試驗。至于USB 2.0線(xiàn)纜(Cable assembly)，因為不需環(huán)境部份的測試，因此整體測試時(shí)間會(huì )相對地較短。

USB 3.0，又號稱(chēng)為Super Speed USB，速度最高能支持5Gbps，因此測試項目較多。至于USB 3.0的線(xiàn)纜不用接受環(huán)境測試，所以認證測試時(shí)間上相對來(lái)說(shuō)不會(huì )那么久。在認證規范上，并不是所有的兩端有連接器配備的線(xiàn)纜就可以稱(chēng)作為USB線(xiàn)纜，USB協(xié)會(huì )對此有嚴格的規定，唯有USB協(xié)會(huì )制定的連接器樣式才能被視為USB 連接器。也唯有USB協(xié)會(huì )認可的線(xiàn)纜類(lèi)別才可以送測取得認證及Test ID(TID)。不過(guò)如果廠(chǎng)商的產(chǎn)品是屬于標準外規格的話(huà)，百佳泰的客制化服務(wù)團隊也將協(xié)助客戶(hù)與協(xié)會(huì )進(jìn)行討論與爭取能夠得到協(xié)會(huì )允許進(jìn)行產(chǎn)品認證。

根據協(xié)會(huì )規定，任何一個(gè)類(lèi)別的測項失敗的話(huà)，該類(lèi)別的全部測項得重新測試，這不僅有出貨時(shí)間與金錢(qián)成本上的壓力，要如何發(fā)現問(wèn)題的癥結，更是廠(chǎng)商最在意的事。因此，擁有一個(gè)值得信賴(lài)的驗證測試伙伴是一件非常重要的事。

新規線(xiàn)纜總覽

● USB 3.1

USB 3.1被稱(chēng)為USB 3.0的次世代，擁有高達10Gbps的傳輸速度，并能向下兼容于2.0與3.0。因為其高速關(guān)系，在連接器鐵殼上正反兩面共加了四個(gè)grounding spring，來(lái)抑制EMI與RFI的問(wèn)題。表一為USB 3.0 與3.1線(xiàn)纜的規格需求比較

表一：USB 3.0裸線(xiàn)纜與USB 3.1裸線(xiàn)纜比較

從表一可以看到USB 3.1裸線(xiàn)纜和USB 3.0裸線(xiàn)纜在線(xiàn)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(xiàn)纜部分，USB 3.1相關(guān)的線(xiàn)纜配件、和連接器的測試規范都較為嚴謹。

● USB Type C

有鑒于A(yíng)pple的Lightning技術(shù)正反兩面都可以使用，USB協(xié)會(huì )也正在開(kāi)發(fā)Type C，尺寸接近于USB 2.0 Micro B，且也計劃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 ，支持正反面連接用。在Type C plug部份只有Full Featured版本，藉由不同的裸線(xiàn)來(lái)區別Full Featured 2.0。此外，Type C被視為未來(lái)手持裝置的充電接口，預計到2016年時(shí)，包含現在正使用Lightning接口的Apple采用Type C接口的機會(huì )也大大的增加，尤其歐盟正式宣布要統一手機的充電接口，其推波助瀾之下，將會(huì )增加Type C的普及率。同時(shí)，相關(guān)廠(chǎng)商也要注意雖然協(xié)會(huì )沒(méi)有針對轉接頭做任何認證的要求及規范，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(xié)會(huì )后續勢必將強制規定要通過(guò)認證。

圖一：左邊為T(mén)ype C至USB 2.0 Micro B轉接頭;右邊為T(mén)ype C至USB 3.1 Standard A轉接頭

● SAS 4.0

現階段的SAS支持12Gb/s，預計到2016年會(huì )變成24Gb/s，而現有的界面將會(huì )改版，會(huì )有全新的設計。因為帶寬加大的關(guān)系，其差分對(Differential Pair)也會(huì )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(huán)境特性還是會(huì )和SAS 3.0一樣。協(xié)會(huì )預計2016年前會(huì )正式公布詳細規格。

● OCuLink

待協(xié)會(huì )定義完OCuLink的規格之后，期許OCuLink能夠支持PCIe Gen 3的8Gb/s、PCIe Gen 4的16Gb/s，且能同時(shí)支持光纖版本和銅線(xiàn)版本，并能運用在內部以及外部用途上。協(xié)會(huì )希望未來(lái)PCIe SSD在內部運作時(shí)，能透過(guò)OCuLink連接Controller Card和系統。

● Active Optical Cable (AOC)

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

表二：五種不同高速接口銅線(xiàn)與光纖線(xiàn)纜傳輸長(cháng)度比較

由下表三的眼圖(Eye Diagram)分析可以看到，銅線(xiàn)會(huì )隨著(zhù)線(xiàn)纜長(cháng)度的增加，出現信號傳輸衰竭的現象;而光纖線(xiàn)纜不管是20m或是100m，其性能表現并不會(huì )受到影響。然而，即使光纖線(xiàn)纜能夠支持長(cháng)米數應用，協(xié)會(huì )也看好未來(lái)趨勢將會(huì )取代長(cháng)米數的銅線(xiàn)線(xiàn)纜外部運用，不過(guò)因為光纖現有技術(shù)上較不能搭配在系統內部的折彎與撓曲等配置，所以尚無(wú)法在內部線(xiàn)上做廣泛的運用，所以銅線(xiàn)線(xiàn)纜并不會(huì )被完全取代，將與之一起并存在市場(chǎng)之上。

表三：銅線(xiàn)線(xiàn)纜與光纖線(xiàn)纜的眼圖比較

我們以環(huán)境測試作為舉例：一項產(chǎn)品的效能、穩定度與整體質(zhì)量可能受到諸多環(huán)境因素的影響，像是溫度、濕度、高度、機械沖擊與震動(dòng)等等，對許多制造廠(chǎng)商而言，要掌握產(chǎn)品在不同情境下的真實(shí)表現與容限更是非常棘手的難題。因此，廠(chǎng)商需要專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗室及設備儀器，能夠完整重現這些產(chǎn)品在真實(shí)世界中可能遭遇的種種狀況，并點(diǎn)出問(wèn)題風(fēng)險所在。

而上述的五個(gè)重點(diǎn)測試項目中，“情境模擬測試”是屬于綜合其他三種項目的混合型測試?，F實(shí)環(huán)境總是復雜且殘酷的，為了要確保廠(chǎng)商的產(chǎn)品質(zhì)量貼近于真實(shí)世界，我們設計了一些情境測試，模擬真實(shí)的環(huán)境狀況，進(jìn)行電氣、機械和環(huán)境測試。如圖二所示，上山下海的汽車(chē)比一般的消費型電子產(chǎn)品更會(huì )接觸到不同的極端使用環(huán)境，因此車(chē)機里面的線(xiàn)纜需要接受一系列包含：溫度、濕度、高度、震動(dòng)、機械沖擊…等較為嚴苛的試驗，才能忠實(shí)呈現在不同使用情境之下時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量是否能維持效能表現，以免日后產(chǎn)品產(chǎn)生問(wèn)題會(huì )有更高的回收成本與客訴問(wèn)題。

圖二：情境模擬測試─模擬汽車(chē)在真實(shí)情境的使用狀況

不同線(xiàn)纜與連接器有不同的特性，需要完整的高階測試儀器與環(huán)境，諸如端子強度測試儀、線(xiàn)纜搖擺測試器、震蕩測試儀、X光測試儀、焊錫性測試儀器、溫變沖擊試驗機、耐壓測試儀、蒸氣老化與鹽水噴灑測試儀等，才能提升測試效率并完整驗證產(chǎn)品的質(zhì)量。