Type-C商機無限! 百佳泰USB Type-C規格與驗證要點技術講座成功掀起Type C熱潮,精確掌握市場需求

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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。

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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。

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

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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。

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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。

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第二次要使用以下治具:

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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?

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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。

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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)。

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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。

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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。

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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。

clip_image032Q: 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

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:

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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。

clip_image035Q: 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:

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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。

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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。

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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。

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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。)