剖析線纜與連接器技術標準 掌握認證測試要點

有鑒於線纜與連接器會因為高頻信號、機械特性、電氣性能以及環境變化等因素影響其性能，開發商需一套完整的測試認證計劃與專業實驗室的協助與谘詢，才能確保產品符合質量條件、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最新規範接口的OCuLink、及光纖線纜AOC(Active Optical Cable)等不同接口的產品
，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。針對係統業者來說， 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、及濕度試驗。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
，速度最高能支持5Gbps，因此測試項目較多。至於USB 3.0dexianlanbuyongjieshouhuanjingceshi，suoyirenzhengceshishijianshangxiangduilaishuobuhuinamejiu。zairenzhengguifanshang，bingbushisuoyoudeliangduanyoulianjieqipeibeidexianlanjiukeyichengzuoweiUSB線纜，USB協會對此有嚴格的規定，唯有USB協會製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bu過guo如ru果guo廠chang商shang的de產chan品pin是shi屬shu於yu標biao準zhun外wai規gui格ge的de話hua，百bai佳jia泰tai的de客ke製zhi化hua服fu務wu團tuan隊dui也ye將jiang協xie助zhu客ke戶hu與yu協xie會hui進jin行xing討tao論lun與yu爭zheng取qu能neng夠gou得de到dao協xie會hui允yun許xu進jin行xing產chan品pin認ren證zheng。

根gen據ju協xie會hui規gui定ding，任ren何he一yi個ge類lei別bie的de測ce項xiang失shi敗bai的de話hua，該gai類lei別bie的de全quan部bu測ce項xiang得de重zhong新xin測ce試shi，這zhe不bu僅jin有you出chu貨huo時shi間jian與yu金jin錢qian成cheng本ben上shang的de壓ya力li，要yao如ru何he發fa現xian問wen題ti的de症zheng結jie，更geng是shi廠chang商shang最zui在zai意yi的de事shi。因yin此ci
，擁yong有you一yi個ge值zhi得de信xin賴lai的de驗yan證zheng測ce試shi夥huo伴ban是shi一yi件jian非fei常chang重zhong要yao的de事shi。

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，並能向下兼容於2.0與3.0。因為其高速關係，在連接器鐵殼上正反兩麵共加了四個grounding spring
，來抑製EMI與RFI的問題。表一為USB 3.0 與3.1線纜的規格需求比較

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

有鑒於Apple的Lightning技術正反兩麵都可以使用
，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版為單麵12 pin、雙麵24 pin的設計。2.0版本則將Super speed pairs移除 ，支持正反麵連接用。在Type C plug部份隻有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接口，預計到2016年時，包含現在正使用Lightning接口的Apple采用Type C接口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接口，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協會後續勢必將強製規定要通過認證。

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支持12Gb/s，預計到2016年會變成24Gb/s，而現有的界麵將會改版
，會有全新的設計。因為帶寬加大的關係，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能夠支持PCIe Gen 3的8Gb/s、PCIe Gen 4的16Gb/s，且能同時支持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和係統。

● 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製。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，而是兩端的光電組件和IC。

表二：五種不同高速接口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，出現信號傳輸衰竭的現象;而光纖線纜不管是20m或是100m，其qi性xing能neng表biao現xian並bing不bu會hui受shou到dao影ying響xiang。然ran而er，即ji使shi光guang纖xian線xian纜lan能neng夠gou支zhi持chi長chang米mi數shu應ying用yong
，協xie會hui也ye看kan好hao未wei來lai趨qu勢shi將jiang會hui取qu代dai長chang米mi數shu的de銅tong線xian線xian纜lan外wai部bu運yun用yong
，不bu過guo因yin為wei光guang纖xian現xian有you技ji術shu上shang較jiao不bu能neng搭da配pei在zai係xi統tong內nei部bu的de折zhe彎wan與yu撓nao曲qu等deng配pei置zhi，所suo以yi尚shang無wu法fa在zai內nei部bu線xian上shang做zuo廣guang泛fan的de運yun用yong
，所suo以yi銅tong線xian線xian纜lan並bing不bu會hui被bei完wan全quan取qu代dai，將jiang與yu之zhi一yi起qi並bing存cun在zai市shi場chang之zhi上shang。

表三：銅線線纜與光纖線纜的眼圖比較

我們以環境測試作為舉例：一項產品的效能、穩定度與整體質量可能受到諸多環境因素的影響
，像是溫度
、濕度
、高度、機(ji)械(xie)衝(chong)擊(ji)與(yu)震(zhen)動(dong)等(deng)等(deng)，對(dui)許(xu)多(duo)製(zhi)造(zao)廠(chang)商(shang)而(er)言(yan)，要(yao)掌(zhang)握(wo)產(chan)品(pin)在(zai)不(bu)同(tong)情(qing)境(jing)下(xia)的(de)真(zhen)實(shi)表(biao)現(xian)與(yu)容(rong)限(xian)更(geng)是(shi)非(fei)常(chang)棘(ji)手(shou)的(de)難(nan)題(ti)。因(yin)此(ci)

，廠(chang)商(shang)需(xu)要(yao)專(zhuan)業(ye)的(de)實(shi)驗(yan)室(shi)及(ji)設(she)備(bei)儀(yi)器(qi)，能(neng)夠(gou)完(wan)整(zheng)重(zhong)現(xian)這(zhe)些(xie)產(chan)品(pin)在(zai)真(zhen)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)可(ke)能(neng)遭(zao)遇(yu)的(de)種(zhong)種(zhong)狀(zhuang)況(kuang)
，並(bing)點(dian)出(chu)問(wen)題(ti)風(feng)險(xian)所(suo)在(zai)。

而上述的五個重點測試項目中
，“情境模擬測試”是shi屬shu於yu綜zong合he其qi他ta三san種zhong項xiang目mu的de混hun合he型xing測ce試shi。現xian實shi環huan境jing總zong是shi複fu雜za且qie殘can酷ku的de，為wei了le要yao確que保bao廠chang商shang的de產chan品pin質zhi量liang貼tie近jin於yu真zhen實shi世shi界jie，我wo們men設she計ji了le一yi些xie情qing境jing測ce試shi
，模mo擬ni真zhen實shi的de環huan境jing狀zhuang況kuang，進jin行xing電dian氣qi、jixiehehuanjingceshi。rutuersuoshi，shangshanxiahaideqichebiyibandexiaofeixingdianzichanpingenghuijiechudaobutongdejiduanshiyonghuanjing

，yincichejilimiandexianlanxuyaojieshouyixiliebaohan：溫度、濕度、高度、震動、機械衝擊…dengjiaoweiyankedeshiyan，cainengzhongshichengxianzaibutongshiyongqingjingzhixiashi，chanpindezhiliangshifounengweichixiaonengbiaoxian
，yimianrihouchanpinchanshengwentihuiyougenggaodehuishouchengbenyukesuwenti。

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
、震蕩測試儀
、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質量。