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Type-C商机无限!百佳泰USB Type-C规格与验证要点技术讲座成功掀起Type C热潮,精确掌握市场需求
2015 2015-07-23

随着USB Type-C标准规范的发布,庞大商机涌现,各家线缆与连接器厂商无一不想尽办法抢先取得认证,进而取得Type-C市场商机,提升产业竞争力。百佳泰掌握市场潮流于今(2015)年5月06日至07日举办两场USB Type-C规格与验证要点技术讲座,吸引超过两百人次共襄盛举。不仅带领大家一同快速温习USB Type-C规格,更藉由Type- C认证要点精确掌握市场变化,并分享认证测试常见问题,同时现场Q&A提供各厂商最实时的问题侦错服务。

为进一步满足市场对于USB Type-C认证服务的需求,百佳泰将在此篇文章带大家一窥活动精髓,再以问卷调查的方式来剖析市场,更了解厂商未满足的需求重点,也作为未来服务改进的参考,期盼持续提供更好的认证服务。

USB Type-C市场庞大商机

回顾USB的发展历史,在 IT 领域,USB 是自上世纪 90 年代以来最持久的代表规格之一,在今天不仅仅是电脑,大多数电子产品包括标准计算机周边,几乎都有配备一个 USB 端口,只是在尺寸和类型略有不同,可以说,USB 已经占据了绝对的市场。

而 USB Type-C 作为一个新型的端口,不仅支持更快的速度,更有助于制造商打造更轻薄的工业设计产品,同时具有极为强大的可扩充性。对连接器、连接线产业而言,Type C新规格将带来有如「改朝换代」般的重大变化,领先者将可抢食更大的市场商机。号称全世界上第一个Type-C的装置-Nokia N1,底部就是Type-C接口,充电线则是2.0C对A可充到2安培,充电用的转换器可用在其他手机或平板。也因为苹果的加入,让此商机更蓬勃,新一代的Apple New MacBook只留有一个接口那就是USB-C(Type-C)端口,不管充电、鼠标、键盘都全仰赖它。此外,乐视LeTV推出三款旗舰手机也都将USB Type-C 应用在 Android 智能手机上。

USB Type-C规格快速温习

相信大家都对USB Type-C并不陌生,但还是很多人会误解Type-C等于3.1,实际上USB Type-C 只是 USB 3.1 标准的一部分,而不是一个新的标准。Type-C支持2.0版本,但不能代表全部的3.1。简单来说,它是一种新型 USB 线缆及连接器的规范,定义了包括连接器、端口、容器和线缆等在内的一整套全新的 USB 物理规格。而它的诞生则是为了满足厂商和消费者对于轻量小型化以及摆脱传统USB接口变成无方向性的插拔需求。

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USB 3.0和3.1连接器大小比例图

 

在通用串行总线应用者论坛(USB-IF)与国际电工委员会(IEC)连手催生之下,跟随 USB 3.1 规范一同推出的USB Type-C规格陆续拍板定案,规格具备了接口尺寸较小、支持供电能力、无方向性以及可扩充性四大特点。(更多有关USB发展历史与Type C四大特点,请参考USB Type-C 规格与测试要点)。

Type-C 认证要点

百佳泰将针对认证Type-C 线缆需要测试的项目做简单介绍。从以下百佳泰整理的Type-C Certification Test Group认证测试图表可以看出,灰色是电气特性、紫色是机构特性、绿色是环测特性以及黄色是高频特性项目。不同receptacle(板端的连接器)和plug(线端的连接器)或cable & adaptor assembly(线缆&转换器组件)测试的要求会有所不同。

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百佳泰Type-C Certification Test Group认证测试图表

 

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要测项目图表

根据协会提供的要测项目图表(上图)显示,基本上,如果是连接器Group A需全测,在USB 3.0也是一样。Group B-1 3.0全测但Type-C只测B-1-3、Group B-5 critical dimension以及B6温升测试。Plug比较特别的是需要加测Group B-7。如果是cable or adaptor assembly的认证测试项目为Group B 1-5。但问题是为何Cable或adaptor assembly要测Group B-5 critical dimension?因为协会有规范over-mold外模尺寸的厚度和宽度,我们将针对这两个部分进行量测,超标就算不通过。套用百佳泰认证测试图表红色框起来的部分为Receptacle要测的项目,大家或许会疑惑,Type-C的Receptacle真的不测高频吗?以目前的定义是,不测高频,所以B2, B3, B4不框。协会也特别强调,只要镀的厚度可以通过不另外测电镀。而Plug与Receptacle的差异只差在plug要测B-7,Wrenching Strength Testing手法后续会做详细介绍。

目前在USB Type-C认证测试上,较为困难、且不容易测过的项目包含:

  • 4-Axis Continuity Test

四轴向与以往2.0、3.0测的方式相较之下有一些改变,Receptacle & plug在Group B-1只需测四轴:

• 针对Receptacle来说一定是公母匹配,在板上型或沉板型Right Angle Type给予0.30 Nm(牛顿乘以公尺,也就是力与长度的乘积,从公母结合处往后算15mm下压20N相乘后等于30Nmm,接着除1000变成0.30 Nm)。

• 如果是Vertical Type的话则是0.12 Nm。Plug则与以往四轴向测试方法完全一样,在后面调一个8N,然后四个轴向各10秒钟不能瞬断不能变形才算是通过。

※注意:这些治具必须是协会的标准治具。

此外,Plug与Receptacle测试也有分别,实际治具第二代(下图右)前面面板可拆除,第一代(下图左)则没有面板可拆除,在测试时不会有面板且上面会盖起来。

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第一代与第二代治具图

  • Wrenching Strength Test

一般来说,扭曲测试需要测两次,第一次使用第二代治具测试(相同的治具也会用在Wrenching Strength Test),用0.75牛顿米(如下图15mm处下压50N牛顿才能达到0.75Nm),不瞬断不变形就算通过。

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第二次要使用以下治具:

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测试时须提供一组四个新的plug,原因是我们会在上下面施予2Nm牛顿米(20mm处下压100N牛顿约10KG相乘后2牛顿米)以及左右两侧3.5Nm牛顿米的力量(一样取20mm处下压175N牛顿),如此下压必定造成损坏。目前可确定的是,协会允许被破坏,但须提供协会破坏点力量曲线,因为下压100N、175N牛顿算是很严苛的条件,一般不太容易过。

  • Durability & Insertion/Extraction Force Test

寿命以及插入/拔出力测试在标准的USB界面来看其实不难,应用在Type-C上会变得困难是因为这种设计磨擦久了塑料会被磨掉。虽说寿命测试有10,000次,在这之前务必先确认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次之后降低规格(After Durability: 6N to 20N)。

  • Current Rating Test: (T-Rise) —最新版CTS只要量测一个点

温升测试也是大家所关心的项目,到底温升测试需要量几个点?

 

 

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正面图

如果Receptacle是板上型也就量测不到背面的第一个点。原则上总共有1个量测点,但会依不同的连接器样式作调整。

如果是标准的TYPE-C 线缆是可以支持3安培,但如果要支持PD则需要5安培。一般做温升测试时,不管有无支持PD一律测5安培,换言之,TYPE-C连接器并没有因为支持PD而有任何改变。但是所有温度变化要求是30度,就目前几家大厂测试的结果都超过25度,修改之后的规范使得这个测试较容易通过。

  • Electrical Specification

• Informative Spec:连接器不测所以高频测试会是Informative,同时也包括Raw Cable Electrical Spec,线缆组件要送来认证之前基本上用的裸线要够好,因此我们不会管控裸线。

• Normative Spec:项目包括Raw Cable Electrical Spec,线缆组件要送来认证之前基本上用的裸线要够好,因此我们不会管控裸线。Cable assembly的S参数也都是informative,但会测的原因是因为测出来转成SI MODEL后才能利用INTEL转换软件(Signal Integrity Compliance Tool)来计算cable assembly高频参数到底是过或不过(pass or fail)。实际转出来的参数也就是刚刚整个Group B-3的六项,但要先行测试才有办法做这样的转换。

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                         Intel软件画面                                                   实际转出画面

在Allion Report上,我们会特别标出协会要求的三个频段值是多少,经过比对之后就知道结果是通过或不通过(pass or fail)。

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下表则是针对C to C 线缆会有Gen1 和Gen2之分,只有这项Insertion Loss Fit要求不一样,其他全部都一样。

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USB Type-C认证测试常见问题

就执行认证测试时常遇到的问题,百佳泰也特别整理出一些与各位分享,提供大家在开发、验证 USB Type-C产品时,一个质量保障的参考与技术咨询。虽然有些问题已经得到协会的回复可行或不可行,然而还有一些仍处于已有相当高共识,但尚未正式定稿的阶段。

常见问题一: CTS 认证范围

目前CTS已更新至 0.95第二版本,认证范围仅包括Mechanical(包含环测)和Electrical(包含高频)两种项目。USB receptacle插座的部分,USB协会推出很多款包含常见的TOP MOUNT板上型正反向以及MID MOUNT层板型。而PLUG的部分,届时认证会有三款,一款是FULL FEATURE PLUG & CABLE,USB 2.0 PLUG & CABLE以及POWER ONLY PLUG & CAPTIVE CABLE。令人关注的问题是,认证FULL FEATURE & USB 2.0就可用POWER ONLY,还需要认证POWER ONLY CABLE?协会针对此问题仍在作讨论,尚未正式定案。

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三款认证PLUG

Passive cable assembliesTYPE-C在线缆规格的部份主要分为三大类型:

I. 标准的TYPE C to TYPE C Cable Assembly-在USB 3.1 支持 3.1 Gen1的5G&Gen2的10G和2.0 支持HIGH SPEED两个种类,在认证测试要求上也有些许差异。

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只支持10G版本(测试要求),也就是只有3.1 Gen2。

III. Type-C Legacy Adapter-协会只接受USB Type-C to USB Standard-A Receptacle Adapter(带最长15cm线)以及 USB Type-C to USB 2.0 Micro-B Receptacle Adapter这两种,其他一律不接受。

总言之,CTS认证范围包含Type-C connectors and passive cable assemblies,所以带E-Marker的线缆认证将被视为是passive cable。

imageQ: 如果是C to C线缆基本上除了2.0 3安培没有E-Marker,所有都要E-Marker?协会在SPEC有要求一定要3安培以上?

A: C to C cable assembly除了USB 2.0 3A之外,其余一律要带E-Marker。

常见问题二: 不同PIN数

在连接器规格上,无论板端连接器receptacle用在哪里,如手机、平板、NB、外接硬盘,板端连接器只有一种规格那就是24PIN,但仍在针对USB 2.0的板端连接器(16P)做认证的确认。原则上FULL FEATURE会有22跟24 PIN两种版本,2.0会有12 PIN和14 PIN。

从下图PIN数上可明显判别,USB 2.0 ONLY VERSION有9 PIN,FULL FEATURE VERSION则有22PIN:

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常见问题三:不同PLUG

很多厂商会做FULL FEATURE PLUG但可能没有做2.0 PLUG,常遇到的问题是可不可以用FULL FEATURE PLUG来认证2.0 CABLE ASSEMBLY?得到协会的回复是,USB2.0 TYPE-C TO TYPE-C CABLE ASSEMBLY可以,C TO LEGACY却是不行的。但仍待协会明文规定出来,在尚未公告之前,都是不能使用Full Featured plug的。

常见问题四:Durability

所谓寿命测试一万次以上,并不代表一万次一次插到完就算了,测试一万次之前必须先确认插入拔出力是否符合要求,正面做一千次后再确认拔出力要8 N to 20 N跟初始值一样。然后正面再做一千五百次,等于正面做完两千五百次后反面再做两千五百次,再正面做两千五百次反面也两千五百次。反复一万次后再确认拔出力要满足6 N to 20 N牛顿米。这是目前CTS目前定义Durability的测试手法。

clip_image035Q: 目前测试插入速度?

A: 经与协会确认后,协会要求cycle rate=500±50 cycles/hr以符合EIA-364国际标准规范。

常见问题五:LLCR测试点

LLCR测试点也是大家最关心的问题之一,最新版ECR测试点如下:

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原本定义LCR是从母端端子量测到paddle card处,最新版的ECR只量测plug跟Receptacle的端子脚(不含paddle card)。规格原本为40m,环测项目后正负10不超过50m都算合格。

常见问题六:Over-mold形状

在Over-mold形状方面,有部分线缆厂商询问,由于type-C over-mold薄薄的又很光滑,插上去力量太大不容易拔出,如果做个造型在上面或许会比较好拔?但协会显然并不接受,因为线缆认证要量尺寸,需要一致的厚度才可以通过。

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常见问题七:Vertical Type

目前在执行认证测试面临的最大问题,在于当厂商已开发Vertical Type款式,但测试治具还未完成,因此单纯做四轴或wrenching测试绝对不会过关,那该怎么办呢?关于此问题仍与协会持续讨论治具要如何进行才会对连接器有保障。

常见问题八: Cable长度

针对C TO C CABLE需不需要放E-Marker这个问题,从下图可以看出只有USB 2.0 3A Current Rating可做选择,其他都需要E-Marker。

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有关CABLE的长度,很多人会问限制是从PLUG到PLUG还是SR到SR?协会回复是SR到SR,也就是裸线长。然而我们从协会端得到不同的答复,因此这部分还待进一步与协会确认。但无论如何,可以确定的是协会不接受PD Receptacle,原因是怕会误会可接受到5 A。转换器部分,最高到3A,放不放E-Marker无所谓,因为原本Type-C就可以支持3A。

常见问题九:板端连接器的高频测试

就USB Type-C Mated Connector spec for SS- Informative的部分,我们仍与协会讨论是否改回 Normative测高频项目。如果不测的话,放在NB装置上怕板端连接器影响到整个特性。在系统大厂希望测的情况下,Intel将会征求各个大厂的意见。如要测就不会只有这些参数,也就是说会透过tool转换有S参数,fail后转成SI MODEL转换为基准。但无论如何,这个部分目前还未定案,如果变回Normative,连接器将多了至少B3 Group需要测。

常见问题十:Trident LOGO

市场上常有两个错误的认知,一为连接器要过认证,整台系统就一定要过。另一个错误认知是,外包装有印制红白蓝LOGO系统,但整台系统无需过认证。基本上,USB 2.0有无过认证和cable上有无标示icon协会并不会约束,但要使用3.0 SS 树状Trident LOGO就必须过认证。换句话说,连接器要过认证,整台系统则不一定要过。举例而言,如果NB大厂的产品NB侧边要印上LOGO,连接器就必须过认证,整台系统就不一定,单看外包装有无印制红白蓝LOGO,如要印刷就必须过,如没有整台系统则不用。原则上,系统要印SS 树状Trident LOGO字样就必须过认证。

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市场剖析

本次讲座开放报名第一日名额即刻爆满,报名人数远超过目标的120人;临时决定在隔日多办一场让更多厂商受惠,从第一场就有78.7%报到率以及第二场更高达81.1%报到率来看,可说是获得空前的成功!第一场和第二场的问卷回收率也颇高,分别达到84.0%和85.3%的比率。

根据参加者对本讲座的满意度调查表发现,吸引第一场次参加者报名此活动的最主要原因为了解线缆与连接器最新技术更新,比率占了46%。5/7的第二场次则是两者居多,也就是为了相关线缆与连接器认证/测试需求的比率占比最高。综合整体对于讲座的评价,第一场大多数参加者觉得满意的,其次为非常满意,反观第二场参加者则是以非常满意居多,其次为满意,对此讲座给予极高的肯定。

另外,从线缆与连接器厂商产品线为USB占大多比例以及预计推出USB Type-C新产品为主打来看,大家早早就嗅到这个爆发性的商机,连接器厂商更是早在近2年前,就开始密切追踪制订相关规格的进展。为抢得先机,透过百佳泰可迅速送样认证进行测试,采取多管齐下方式在这场Type C的「卡位战」中卡位才能抢得先机。

百佳泰的线缆与连接器专业测试中心身为USB-IF正式授权的「USB线缆与连接器测试实验室(Cable Assemblies and Connector Labs)」,除了提供USB不同规格版本的线缆与连接器完整相符性认证测试,亦能针对各式不同技术规格的线缆与连接器如HDMI连接器,以及DisplayPort、MHL、SATA等,提供包括高频讯号、机械特性、电气性能、及环境变化等类别的精密测试与验证。更多相关信息,欢迎洽询百佳泰:service@allion.com,或参阅我们的专业线缆与连接器测试服务内容http://www.allion.com.tw/cabcon.html

(本文章谨以专业实验室角度,整理出USB Type-C认证上常遇到的问题与大家分享,目的为提升产业竞争力而提供的一个沟通合作平台,从而提供厂商在开发、验证 USB Type-C产品时,一个质量保障的参考与技术咨询。如有任何关于USB Type-C认证测试或其他精密测试与验证等技术疑问,欢迎径洽百佳泰。

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