Type-C應用發展風潮勢不可當。Type-C連接器僅需一條纜線，即可同時實現高速傳輸、Alt Mode影音傳輸，且可支援高達100W電力，不僅將開啟USB傳輸介面發展的新天地，也為相關供應鏈業者帶來全新商機。
USB Type-C躍升成為傳輸介面閃亮新星。繼蘋果(Apple)率先在自家的MacBook搭載Type-C介面後，這股熱潮迅速蔓延至整個科技產業，近期搭載Type-C的商品更是琳瑯滿目，為相關供應鏈業者迎來一波新商機。
不過，同時兼具資料傳輸、影音傳輸與大功率供電功能的USB Type-C，也為相關業者帶來晶片整合、電路保護設計與訊號量測等方面的難題。
Type-C力拼普及 晶片整合風潮擋不住
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| 圖1 譜瑞科技資深行銷總監阮建華表示，USB Type-C介面可透過替代模式支援DisplayPort，將為USB應用帶來龐大的新機會。 |
譜瑞(Parade)科技資深行銷總監阮建華(圖1)指出，今年會有更多的筆記型電腦出現Type-C，在螢幕端則會有更多的公司著手布局USB Type-C的桌上型擴充基座(Docking Station)和轉接器(Adapter)。因此，今年年底USB Type-C的生態系統將會更加完整。
為了迎接Type-C帶來的龐大商機，阮建華表示，該公司可提供多元化的產品種類因應市場需求，包含在Docking Station或螢幕端，推出Type-C轉DisplayPort和USB 3.0的主動式開關(Switch)晶片；而在Type-C的系統部分，則具有多種不同SoC解決方案，例如針對個人電腦提供DisplayPort轉Type-C轉接器，或者是提供DisplayPort+USB 3.0 Switch+PD Controller的單晶片解決方案。
其中，為支援VESA協會DisplayPort Alt Mode影音傳輸所需的應用，譜瑞推出PS8743切換開關晶片，執行USB主機設備與USB Type-C連接器之間高速訊號切換的功能(圖2)。
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| 圖2 為支援DisplayPort，USB Type-C的接腳可重新定義。 |
阮建華透露，該公司的PS 8743晶片可用於自動與強制性的DCI(Direct Connent Interface)除錯電路系統，此系統為英特爾(Intel)用於行動裝置的專屬特殊功能；他表示，目前英特爾與Google已將譜瑞的主動式開關晶片作為參考設計。
值得一提的是，阮建華分析，隨著投入開發Type-C廠商逐漸增加，對於低成本的晶片需求擴大，而這種單一晶片解決方案不僅具成本優勢，且較易於開發。
兼顧訊號品質 超低容值ESD元件崛起
另一方面，電子設備上的每一個連接器，皆會帶來多重傷害風險，經由路徑的形成將潛在高電流導入設備之中；因此，電路保護設計已成為現今行動裝置開發人員不可輕忽的重要課題。
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| 圖3 利特應用工程經理許孝成指出，由於USB Type-C屬於高頻寬介面，其所使用的過電壓保護元件必須具備極低的電容值。 |
利特(Littelfuse)應用工程經理許孝成(圖3)表示，任何電子產品的介面都有機會遇上靜電放電(ESD)事件，若無適當保護，就可能因此導致晶片毀損。
通常會導致晶片損壞的因素有三，分別是人體靜電放電、感性負載與雷擊。人體本來就會累積一定的靜電荷，特別是當人體處在比較乾且濕度低的環境下時，會儲存更多電荷。當這些電荷宣洩出人體時，若流向沒有妥善保護的電子產品，便會對產品形成很大的傷害。
感性負載問題則比較常出現在利用電磁感應原理運作的大功率設備，例如當馬達在打開或關閉時常會跑出突波，若沒有適當的保護機制來應對，突波可能會導致晶片毀損。雷擊對晶片的破壞，則主要是由瞬間出現的高電壓所造成。整體而言，Type-C相關晶片面臨的風險主要來自人體靜電放電。
許孝成表示，靜電放電的安全規範主要有兩種，分別是IEC模式定義的61000-4-2，該模式為系統等級的電流防護，另一種則是人體放電模式(Human-Body Mode, HBM)，這種模式偏向於晶片防護。舉例來說，晶片在製造過程中，一定會有人為搬運、包裝，而這些過程皆可能使晶片遭受到人體靜電放電的傷害，因此，在晶片內必定會有HBM規格的防護。
對ESD有基本認知後，不難得知保護電路的主要目標，就在於防止晶片被瞬間出現的過高的電壓損毀。但高速傳輸介面的保護電路設計需要考慮的因素較多，不僅要達到安全規範要求，同時也要兼顧資料傳輸速度與電氣訊號的完整性。
一般來說，防治ESD最常用的元件是TVS二極體陣列。這類元件本身會帶有一定的電容值，若選用容值太高的元件，將使訊號出現太高的插入損失(Insertion Loss)，影響訊號品質(圖4)。
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| 圖4 在高頻傳輸時，保護元件電容值要更低，以減少訊號插入損失。 |
USB Type-C接腳數大增訊號量測挑戰多
USB Type-C介面或晶片設計完成後，該如何量測相關訊號，又要如何通過設計驗證，也是業界關心的話題。
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| 圖5 安盟科技應用工程經理曾國鈞表示，USB Type-C的接腳數量大增，將為量測工程師增加測試作業上的難題。 |
安盟科技應用工程經理曾國鈞(圖5)指出，USB Type-C訊號量測與設計驗證上最顯而易見的挑戰之一，就是暴增的接腳數量，而且有許多接腳的功能是過去的USB介面所沒有的。
為了支援正反面插入，USB Type-C增加了CC1與CC2接腳，藉此偵測連接器是正插或反插；另外，由於Type-C可以與USB 2.0、USB 3.1相容，因此除了2對USB 2.0差動訊號接腳外，另外新增了2對高速發射端(Tx)與2對高速接收端(Rx)接腳；為了支援替代模式(Alt Mode)，連接器上又增加了Sub1、Sub2接腳，加上2對接地訊號，整個Type-C連接器上的接腳數量高達24支。
接腳數量增加，最直接的影響就是要將訊號線拉出來接上量測儀器的困難度增加，且由於USB Type-C可支援高達5Gbit/s或10Gbit/s頻寬，因此處理時要更加小心，否則測試結果的準確度會大受影響。
為了減輕量測作業的困難度，是德科技(Keysight)推出了針對USB Type-C、DisplayPort等介面設計的高速測試治具N7015A和低速測試治具N7016A，讓測試人員可以更輕鬆地將待測物的訊號送到儀器中，且不用擔心透過轉接器對訊號品質所造成的影響。
至於在訊號量測項目方面，大致上依循USB 3.1 Gen1、Gen2規範要求(圖6)。目前是德科技對於相關量測驗證均已備有對應的軟體套件方案，可完成Tx/Rx編碼、調變、碼錯誤率、訊號抖動等設計驗證測試項目。
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| 圖6 USB 3.1 Gen1/Gen2主要規格要求 |