USB Type-C是一種突破性的連接標準，專為更小型、更輕薄的新一代電腦和裝置而設計，可因應高速資料傳輸、高電力傳輸的技術需求，並提供更高的靈活性。USB Type-C的主要目標是在裝置之間建立高速連接、實現出色的電力管理，並確保有效的資料傳輸。
不過，隨著USB Type-C問世，設計和測試工程師面臨了形形色色的挑戰，不僅要將USB Type-C與他們的產品整合，同時還要確保其互通性與測試相容性。近來，有越來越多的USB Type-C相符性測試標準相繼公布。
不僅如此，使用者對資料傳輸速度和電力傳輸的需求也不斷攀升，加上其他功能的推陳出新，使得整體測試作業變得極端複雜，因此工程師需仰賴精準且符合標準的測試儀器、軟體和測試夾具，來確保成功的測試。
Type-C支援多種協定 供電/資料/影音傳輸三合一
用於裝置連接和供電的USB傳輸線種類繁多，例如Type-A、Type-B、Micro和Mini等。
相較於現有的USB傳輸線，Type-C傳輸線具有對稱結構，而且正反可插，是其一大優點。電腦和周邊設備使用者都知道，USB標準A/B連接器只能從一個固定方向插入，而且可能需要試好幾次才能找到正確的方向。USB Type-C連接器的對稱結構，方便使用者正向或反向插入任何USB Type-C裝置的插槽，大幅提升使用便利性。
USB Type-C傳輸線與連接器(通道)不僅具備USB向後相容性，而且可提供更多的電力管理和資料傳輸功能。USB Type-C電力傳輸功能針對不同裝置提供高達20V、5A的動態電力傳輸和充電能力，最大功率可達100W。成對的發射器和接收器(Tx/Rx)除了可支援USB協定外，還可以與DisplayPort、MHL、Thunderbolt資料傳輸等「訪客協定」相容，以實現更高速的資料和影音信號傳輸。
目前Type-C資料傳輸速率最高可達20Gbps(透過以替代模式支援Thunderbolt而達成)，未來可望進一步提升到40Gbps。這些新功能為設計與測試工程師帶來了更艱難的挑戰，因此須確實進行USB-IF標準相符性測試，以確保USB通道和裝置的互通性。
多功能整合導致連接器針腳數量大增
設計與測試工程師致力於將裝置介面從4個接腳的USB標準A/B連接器，升級成24個接腳的USB Type-C連接器，過程中面臨了許多難題。全新的USB Type-C插座和傳輸線(也稱為通道)針對標準A/B型連接器/傳輸線做了一些設計變更，並為新型Type-C產品添加更多特性與功能。測試人員必須了解相關的測試挑戰和解決方案，才能順利進行USB Type-C裝置的整合與測試。
圖1是USB Type-C介面的24根接腳功能定義。CC1、CC2接腳是決定傳輸線配置，並可偵測傳輸線方向的關鍵，其中1根接腳設為Vconn端子。
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| 圖1 USB Type-C接腳定義 |
雖然USB Type-C連接器正反方向皆可插拔，但仍需透過傳輸線方向偵測機制來進行主機- 裝置連接。Type-C纜線中只有一條CC信號線。將傳輸線插入插槽時，纜線會從插槽的配置通道連接至另一端的CC1或CC2，藉此辨識傳輸線的方向。另一個CC接腳則重新設定為Vconn(5V電軌)，以便供電給主動式傳輸線的電路，減少消耗Vbus信號線的電力。
兩對差動接腳(D+/D-)則是USB 2.0資料匯流排專用接腳，可確保USB 2.0具備向後相容性。
四對供電/接地接腳(VBUS/GND)可管理多項周邊裝置並且為它們供電，讓裝置能在指定的電力位準下運作。裝置可要求該電路傳輸所需的電力，並可針對特定應用需求，要求更大量的電力傳輸。
四對發射器/接收器接腳(TX1+/-、RX1+/-、TX2+/-、RX2+/-)可用於高速資料匯流排或替代(ALT Mode)模式，可視協定要求提供1個、2個或4個資料傳輸通道。Type-C連接可讓兩種不同的協定，同時主動發射和接收資料，或在未來的USB部署上為單一協定提供雙倍Tx/Rx傳輸速度。
兩個次要匯流排接腳(SBU1/SBU2)則是保留給替代模式資料傳輸或未來功能擴充之用，目前Type-C連接不支援次要匯流排或「旁波段(sideband)」。
不同於早先包含電力傳輸線和兩條資料傳輸線的USB 連接，USB Type-C通道可動態調整電力位準和資料信號。完成初始的點對點USB Type-C 連接後，CC1/CC2接腳可決定傳輸線的方向，而裝置會接收到連接訊息並且建立主機與裝置的關係。接著，電力傳輸電路開始透過Vbus和Gnd連接控制各個連接裝置的電力傳輸。
每個裝置可決定使用哪些Tx/Rx接腳(SBU1/SUB2接腳用於替代模式)。Tx/Rx接腳可用於USB 或其他協定，其他接腳則可成對並聯以提供更快的資料傳輸速度。電力傳輸電路可控制通道電力和信號位準，可在連接裝置進行充電或資料傳輸時，隨時加以調整。
USB Type-C是個功能非常強大，也更容易使用的介面。然而，工程師面臨更多複雜的測試挑戰，尤其是進行通道測試時必須將各種不同的功能情境納入考量。
USB Type-C規格嚴苛 測試面臨新挑戰
USB Type-C傳輸線與連接器的測試挑戰來自於繁複的規格和向後相容性要求。儘管如此，這些嚴苛的規格扮演了重要的角色，以確保USB產品之間可以順利地交互操作。
根據USB-IF的規範，Type-C必須支援舊版的USB規格信號(USB 2.0和USB 3.0)。除了這項強制性的向後相容性要求之外，USB-IF還定義了兩種USB Type-C傳輸線，兩端均為Type-C接頭，分別支援USB 3.1與USB 2.0：
USB 3.1和Type-C並未明確規定電氣相容通道的傳輸線長度，而是定義通道損耗，以確保USB主機和裝置之間的互通性。例如，2公尺長的傳輸線其插入損耗不可超過7dB。在20dB SuperSpeed Gen 1的限制下，主機和裝置合計的插入損耗不得超過13dB(圖2)。
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| 圖2 Type-C標準對纜線的插入損失規範 |
USB Type-C定義了各種通道規格，包含對稱式連接器、高速資料傳輸、高電力、多種資料傳輸類型和向後相容性等，因此工程師必須測試大量的配置，以驗證USB通道相符性。不同配置的通道效能也會受到前述的插入損耗及反射、串擾影響。為了去除測試夾具效應，工程師必須採取比以往更為嚴格的方式來減少通道響應的額外效應，並且在相符性測試過程中控制USB Type-C通道內的EMI和RFI干擾。
消除測試夾具效應
在各種頻率下對Type-C互連執行準確的電氣特性分析，是成功設計高速匯流排的關鍵。隨著資料傳輸速率提高到10Gbit/s，特性分析工作變得更加困難。工程師通常使用向量網路分析儀(VNA)在頻域中進行高速互連電氣特性分析，過程中需使用測試夾具來連接待測裝置(DUT)和向量網路分析儀。
測試完成後，必須完全移除測試夾具，以避免夾具信號干擾測試結果，在高頻狀況下這點尤為重要。測試工程師可藉由執行校驗或解嵌入來去除測試夾具效應，所使用的儀器品質越精良、操作越完善，量測準確度就越高。
通道響應所受的影響
損耗、反射、串擾及模式轉換等，都會對通道響應造成影響。傳統上，工程師會量測參數特性，例如時域阻抗與時差、頻域插入損耗和回返損耗，並且測試特定的參數極限值，以便分析互連特性。
參數規格設定了保守的極限值，因此傳輸線必須通過參數測試以確保其互通性。由於這種測試方法不允許工程師對參數效能加以取捨，因此現在已棄而不用。舉例而言，通道的損耗越少，就可以容忍較多的串擾或反射，反之亦然。
對此，Type-C通道的通過/不通過測試方法必須更新並加以改善。現今多半透過眼圖直接觀察鏈路末端的眼睛特性，以分析Type-C通道特性，這種量測方法又稱為「壓力眼圖」分析(圖3)。
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| 圖3 USB Type-C壓力眼圖分析 |
壓力眼圖分析方法將預期的發射器最差狀況(Worse Case)效能信號，作為互連的「壓力」信號，並使用眼圖來評估互連輸出。如果互連裝置能夠以等於或優於發射器輸入端指定的眼睛特性，正確地傳輸壓力信號，就能以任何符合標準發射器的信號運作。對眼圖進行分析時，工程師會運用各種形式的信號調節、加強及等化，並同時進行互連裝置的通過/不通過測試。
抑制纜線配件的EMI和RFI干擾
新型的Type-C插座設計提供更多接地和更好的整體屏蔽，以便防止射頻(RF)洩漏，並且減少了USB 3.1射頻干擾(RFI)問題。此外，Type-C新增了規格標準，強制要求對傳輸線屏蔽有效性進行量測，以便控制傳輸線的輻射值。
傳輸線屏蔽效能測試旨在量測纜線組件的射頻干擾程度。進行量測時，須將纜線組件安裝在傳輸線屏蔽效能測試夾具上。
該夾具包含五個SMA連接器，其中兩對用於成對的發射器和接收器，一個用於連接纜線屏蔽。工程師需針對成對的Tx和Rx信號，分別量測纜線屏蔽差模(Ssd12)和纜線屏蔽共模(Ssc12)的耦合因素。
多合一方案解決Type-C量測疑難雜症
全新的USB Type-C規格為纜線組件測試帶來許多前所未有的挑戰。工程師需解決信號整合性問題，以避免不斷提高的資料傳輸速率導致系統效能下滑，而加速進行互連測試與特性分析變得越來越重要。
傳統的傳輸線/連接器相符性測試使用向量網路分析儀進行頻域分析，並使用和時域反射計(TDR)示波器進行時域分析。為此，是德科技推出具備進階時域分析功能搭配TDR選項的全新Keysight ENA系列網路分析儀，可執行阻抗、S參數和眼圖等高速互連分析。使用此多合一解決方案來量測所有的相符性參數，可以解決USB Type-C訊號量測的種種困難。