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  • 2021-7-30 10:00
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    USB4™被动线缆测试与认证(USB4 Passive Cable)-上篇
    1. 明明是新买的 USB4 20G 线缆,接上 USB4 计算机跟 USB3 Gen2 硬盘,为什么跳出窗口显示不是以最高速连接呢? 2. 用新计算机配送的 USB Type-C 线缆,传输速度更慢了?? 3. 到底什么样的 USB Type-C 线缆,才可以享受到高速传输呢??? 若要解释上面的问题,首先我们必须了解一下USB 线缆规格与相互差异: — USB Type-C™ 线缆的规格 — 如下表 1,列出 USB 版本及对应可支持线缆长度,我们可以看出各个 USB 版本可支持的被动线缆长度。整理如下: · USB4 Gen2 被动线缆:长度小于 2m,最高传输速度为 20G (10Gx2) bps · USB3.2 Gen1 被动线缆:长度小于 2m,最高传输速度为 5Gbps · USB3.2 Gen2 被动线缆:长度小于 1m,最高传输速度为 20G (10Gx2) bps 表 1:USB Type-C Standard Cable Assemblies 接着我们就来解答开头的三个问题: 1. 明明是新买的 USB4 20G 线缆,接上USB4 计算机跟 USB3 Gen2 硬盘,为什么跳出窗口显示不是以最高速连接呢? 如下表 2,以长度的角度来解析。长度 2m 的 USB4 Gen2 被动线缆,可传送最高数据传输速度为 USB4 20G,但若接上 USB 3.2 Gen2 硬盘,最高只能传送 USB 3.2 Gen1,也就是 5G 速度。因为 USB3 Gen2 硬盘最高速可支持 10G,但降速度到 5G,此时硬盘的 Billboard 应跳出信息,告知用户此装置可以更高速传送 。 表 2:USB4 Gen2 线缆长度与支持速度 ◦ 为何同样是传送 20G,USB3 与 USB4 支持长度差一倍? 如下表 3,以系统损耗的角度来解析。USB4 Gen2 与 USB3 Gen2 的传输速度都是 20Gbps,但所支持的被动线缆长度却不同,主要原因是系统损耗配置不同。USB4 规格源自于 Thunderbolt 3(简称 TBT3),主要是传送 DisplayPort 以及 PCIe 信号,为了支持大屏幕,TBT3 Gen2 要求支持 2m 被动线缆,所以 USB4 Gen2 也必须支持 2m。而在 USB3 与 USB4 传送端及接收端的部分,都必须至少要容忍系统损耗(包括 Host PCB,线缆,与 Device PCB)在 Nyquist 频率损耗约为 23dB。 表 3:USB 3.2 Gen2 与 USB4 Gen2 系统损耗配置 先来看 USB 3.2 Gen2 插损(Insertion Loss)配置: • USB3 Gen2规格 23dB@5GHz(Nyquist 频率)插损配置是: ◦Host(8.5dB)–Cable(6dB)–Device(8.5dB) 。此处 Cable 6dB@5GHz 插损,相当于是 1m 线缆长度。 USB4 Gen2 需支持 2m,在相同的系统损耗下,只好缩减 Host 端及 Device 端的损耗,这也是为什么 USB4 或 TBT3 的 IC 都非常接近USB-C 连接器的原因。 • USB4 Gen2规格 23dB@5GHz(Nyquist 频率)插损配置是: ◦Host(5.5dB)–Cable(11.5dB)–Device(5.5dB) 。 此处 11.5dB@5GHz 插损,相当于是 2m 线缆长度。 2. 用新计算机附的 USB Type-C 线,连接速度更慢了?? 随着新型轻薄计算机的充电改采 USB Type-C 充电器,新计算机配件也附有一条长约 1.5m 到2m 的 USB Type-C 线缆,这个长度是为了方便使用者作为充电的用途,但大部分线缆本身并不具备高速传输的能力,若有需要高速传输则需要在市面上另外购买 USB Type-C 支持 USB4 或 TBT3 的高速线缆。 而此充电线缆的基本要求是以 USB Type-C(USB 2.0)线缆为标准,支持速度480Mbps。 3. 到底什么样的 USB Type-C 线,才可以享受到高速传输呢??? – USB4 线缆标志 USB IF 在推出 USB4 规格后,因为SuperSpeed USB 10Gbps(10Gx1)、SuperSpeedUSB 20Gbps(10Gx2)和 USB4 20Gbps(10Gx2)线缆都具有高达 20Gbps 的传输性能,但多种 logo 商标会让消费者混淆,协会对此解决方案是弃用 SS USB 10Gbps 和 SS USB 20Gbps 线缆认证和标志,统一使用 Certified USB20Gbps 线缆认证及标志(如图 1 右)。(注:此更改仅适用于被动线缆) 图 1:USB Cable 新旧 Logo 要享受到高速传输,在选购线缆时除了认明包装盒上的 Certified USB 20 Gbps 外,由上表 2 得知,还需选择 1m 或以下的可支持 USB 3.2 Gen2 被动线缆(或参考厂商详细线缆支持能力)。也可以直接选择购买 Certified USB 40Gbps 线缆,但价格也会相对高一点。还有另一个选择就是主动线缆,请参考 GRL USB Type-C 主动线缆介绍。 表 4:USB4 Logo 下期重点 1. USB4 Gen3线缆认证要点 2. USB4线缆新增测试 参考文献 · USB Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.1, May 2021 · USB Type-C Connectors and Cable Assemblies Compliance Document, Revision 2.1b, June 2021 · USB4™ Specification, Ver 1.0 with Errata and ECN through May 19, 2021 · USB Type-C Functional Test Specification, Chapter 4 and 5, May 23, 2021, Rev 0.88 作者 GRL 技术总监 张静宜 Sandy Chang 拥有业界十年以上专业经验,现担任 GRL技术总监,带领 GRL 各测试团队。熟悉Thunderbolt、USB Type-C 等高速接口与测试规范。
  • 热度 2
    2021-6-16 14:27
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    USB产品标准测试项目& 资料提供
    USB 一般产品标准测试项目 (USB产品上的connector都必须通过USB-IF认证) USB 一般产品测试前需要提供 · 两组测试样品 · USB 一般产品信息资料表 · 如您的产品有特殊进入test mode的指令,请同时提供 (Embedded host必需提供) · 请提供VIF USB Cable/Connector 产品标准测试 *以下测试Group在USB 2.0/USB3.2/cable/connector的都是A1,但测试内容不同 Full-Featured USB-C Cable (USB4 Gen2/Gen3)需使用通过认证的USB PD 3.0 E-Marker IC(USB4) Full-Featured USB-C Cable (USB4 Gen2/Gen3)需新增执行Group B8高频测试 USB Cable & Silicon Power Delivery 测试项目 USB-IF Cable/Connector 产品测试前需要提供 · 测试样品 · USB 信息资料表 o Cable o Connector · Cable 如果支持Power Delivery需要提供VIF USB-IF Cable/Connector 产品所需的测试仪器 USB4 、USB、USB-C、USB Type-C®和USB-IF是USB Implementers Forum的注册商标 免责声明 本资讯仅为便于参照而提供。本资讯不是且不应视为 USB Implementers Forum (USB-IF) 之正式通讯。USB-IF之正式通讯可于其网站 usb.org 取得,或直接自USB-IF 取得。
  • 热度 7
    2021-3-4 12:19
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    随着科技的日新月异,高速影音数据传输的需求也不断进化,例如 HDMI 的规范从 HDMI 2.0 发展到 HDMI 2.1 ,传输速率由 6.0 Gbps 发展至为 12Gbps ,让影像传输的效率更上一层楼;又如 USB 3.2 Gen 2 的最大传输速度为 10 Gbps ,为了让速度快上加快, USB-IF 协会已推出 USB 4 Gen3 让传输速度跃升至双通道 40Gbps. 然而,当用户在追求绝佳传输质量与实时性的那一刻,线材的稳定性和优劣必然会直接影响到使用者体验;举例来说,当使用者将未认证的线缆插上设备后,常会发生装置无反应的情况。 一. 阻抗不匹配 (Impedance NOT Matching) 阻抗匹配( Impedance Matching )是指为了使信号功率能从信号源( source )到负载( load )得到最有效的传递,让信号在传递过程中尽可能不发生反射现象。 Issue :阻抗不匹配若发生时,会形成反射、能量无法传递,不仅降低效率还会产生震荡、辐射、干扰等不良影响。 二. 串音干扰 (Crosstalk) 两条信号线之间的耦合干扰现象,可分为近端及远程干扰。 Issue :串音干扰发生时,会影响信号完整性。 三 . 频域的衰减 (Attenuation) 高频信号由 A 传递至 B ,于传输过程中产生的信号损失以及各种损耗成分的总和。 Issue :频域的衰减发生时,会造成信号传导不良,降低效率等不良影响。 四 . 反射损失 (Return Loss) 高频信号由 A 传递至 B ,于传输过程中产生的信号损失以及各种损耗成分的总和。 Issue :频域的衰减发生时,会造成信号传导不良,降低效率等不良影响。 五 . 衰减串音比 ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio) 远程串音与衰减的差值。 Issue :当 ACR 发生时,即代表 Crosstalk 与 Insertion Loss 可能也有相应的问题发生,造成信号完整性可能有所影响及讯号效率降低的不良情况产生。 高频治具解决方案应用于实际案例 我们以测试验证和实际上遇到的案例提供客制化高频治具解决方案,可逐一对应,让您的产品无论从开发初期到上市都能保有良好的质量。以下为百佳泰在高频治具设计上所搜集的一些案例: Example 1 : 待测物 pin 脚与治具板连接处,接触面所造成的阻抗不匹配( Impedance not Matching ) : 解决方案 :减少待测物 pin 脚与治具板连接处,因电容效应过大而造成阻抗偏低的影响。 Example 2: 客户连接器加工方式所造成的 Insertion Loss 影响 解决方案 :改善加工方式,减少 Insertion Loss 。 Example 3: 同一平面,相邻太近的 Trace ,造成 Crosstalk 的现象 解决方案 :相邻的 Differential pair 采不同层面的走线方式,减少信号太近造成的串音干扰。同时利用贯穿孔( via ),缩短信号的 Return Path 。 Example 4: HDMI ACR Test Failed 解决方案 :由于 ACR 是测试 远程串音与衰减的差异值,藉由减少 Crosstalk & Insertion Loss 来让 ACR test 更容易通过。 高频常见问题与改善方案案例分享 为协助您的产品从开发初期到上市都能拥有良好的质量,百佳泰搜集了实际测试中最常发生问题的以下三个 Potential Risks ,以此作为分享 : n Impedance not matching 阻抗不匹配 n Attenuation 衰减 n Crosstalk 串音干扰 案例 1 : A 公司的 HDMI 2.1 Receptacle Connector 测试时, Receptacle 端的 CLK Trace 阻抗就算为 95. 809Ω ,但 Insertion Loss 表现不见得为佳。 Impedance: 95.809Ω ( 改善前 ) : Insertion Loss ( 改善前 ): 解决方案 : 连接器加工方式所造成的 Insertion Loss 影响,重新检视 Receptacle 端的焊接问题 , 即有所改善 , 所谓眼见不一定为凭 , 即为此例。 Insertion Loss ( 改善后 ) : 案例 2 : B 公司的 USB3.0 Type A Receptacle Connector 其 D+ & D- pin SMD pad 面积大,焊接时更要注意阻抗匹配的问题,否则容易造成接触面 Impedance 偏低的状况发生。 解决方案 : 此例的焊锡量要少,并确保 connector pin 与 PCB pad 平贴,才能减低 connector pin 与 PCB pad 接触面阻抗不匹配的情况发生。 改善后 : 案例 3 : C 公司的 TBT3 的 Receptacl e C onnector 其 RX2_P & RX2_N IRL(Integrated Return Loss) 在标准附近未过, PCB 阻抗设计或是 connector 内部设计都有可能是原因之一。 解决方案 : 经过比对确认 , 此案例虽然 Trace 设计阻抗为 50Ω ,但实际状况下阻抗却不见得会落在 50Ω 左右,故设计时可提高 PCB 设计阻抗以避免此风险。 改善后 : 案例 4 : D 公司的 Type A Receptacle connector 设计为 pin 脚为深入铁壳内的设计 , 测试过后此设计会造成 Near End Crosstalk(SS : TX/RX) 超过协会规范 (3.6mV) 而F ail 。 解决方案 : 经过验证,其问题点为铁壳内部的 GND 所造成,加强内外部铁壳与 PCB GND 连接其信号完整性才会提高而通过规范。 改善后 : 3.5948mV 案例 5 : E 公司的 HDMI 2.1 Receptacle Connector 为 Dip 孔设计型式 , 因其本身连接器设计之故 , 测试时会有 CLK Insertion Loss Fail 的情况发生。 Insertion Loss FAIL ( 改善前 ) : 解决方案 : 调整 Dip 孔与 GND 距离 , 使其 Impedance 升高或降低 , 再观察 Insertion Loss 变化 , 此案为降低阻抗即能有所改善。 Insertion Loss Pass ( 改善 后 ) : 高频治具的开发设计,俨然已成为连接器、线缆验证不可或缺的一环。 通过以上所举例出的的案例,都显示出高频设计上的一些不能轻忽的要点,从设计规划、治具焊接、再到加工方式,每一步的操作都会影响到高频性能。尤以焊接部分为例,轻则影响信号表现,重则阻抗不匹配或是 IL 以及 RL 不佳而使高频信号失真,这是在高频版设计上所不能轻忽的。
  • 热度 3
    2021-2-3 09:44
    1088 次阅读|
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    HDMI® Cable/Connector 全面解析
    原创声明 作者: GRL 实验室 / 胡智钧 Jeff Hu 高解析多媒体影音接口( High Definition Multimedia Interface, HDMI® )是一种在家电以及 3C 产品上相当普遍的影音传输接口, HDMI® 支持高分辨率视讯以及多信道高传真音频,消费者可以从中获得更好的影音体验。同时 HDMI® 也支持双向传输的 CEC ( Consumer Electronics Control )功能,可以用来控制当下透过 HDMI® 线缆连接在一起并支持 CEC 协议的装置,另外也支持 ARC ( Audio Return Channel )功能,显示器可以利用 ARC 的功能将声音讯号透过同一条 HDMI® 线缆回传到家庭剧院等装置,以减少多余线材的使用。 HDMI® 线缆是否符合使用者的需求取决于「线材」及「连接器」两个部分。线材决定线缆的带宽,对应到线缆传送的最高分辨率;连接器则决定线缆能够连接的设备种类。 HDMI® 线缆能传输的资料量取决于 TMDS 信道上频率的速度,根据最高频率上限的不同,可以分为下列四种不同的 HDMI® 线缆规格: (1) Category 1 cable (2) Category 2 cable (3) Premium HDMI cable (4) Category 3(Ultra High Speed, UHS) cable 其中 (1) 、 (2) 被定义在 High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.4b 中, (3) 被定义在 Premium HDMI Cable Specification 里,而 (4) 被定义在 High Definition Multimedia Interface Specification Version 2.1 里,其中详细的频率规格如下: Category 1 cable: 最高支持的 TMDS 频率为 74.25MHz ,带宽为 2.25Gbps ,可传输 720p/1080i 60Hz 的影像 Category 2 cable: 最高支持的 TMDS 频率为 340MHz ,带宽为 10.2Gbps ,可传输 4K2K 30Hz 的影 像 Premium cable: 最高支持的 TMDS 频率为 594MHz ,带宽为 5.94Gbps ,对应到 HDMI 2.1 的最高带宽,可以传输 4K2K 60Hz 的影像 Category 3 cable: 除了 TMDS 模式之外,同时也支持 FRL 模式,带宽最高可达 48Gbps ,可以传输 8K 60Hz 不经过压缩处理的影像 当 HDMI® 从 1.3 版更新至 1.4 版时,新增加支持以太网络功能,让不同装置透过其连接的 HDMI® 线缆就能共享网络功能,不需要连接额外的网络线。如果支持此功能的线缆,会在名称之后加注「附以太网」( with Ethernet )的字样。 另外,针对「车用线缆」( Automotive ) HDMI® 1.4b 规范有其专有的定义。车用线缆由于使用上有其限制,因此支持的带宽较低,最高频率只到 74.25MHz (Category 1 Automotive) ,由于考虑到汽车内部环境通常比室内严苛许多,为了能够承受颠簸、高低温变化等各项因素,对连接稳定性、抗震、防潮等环境承受度都有一定要求,所以在连接器上会使用机构经过特别设计且尺寸较大的 Type-E 连接器。 在连接器部分, HDMI® 协会共定义了下列五种: Type A 为市面上最常见的 HDMI® 连接器种类,共设计有 19pin ,一般笔记本电脑、 DVD 播放器、电视、计算机屏幕等设备上都采用此种类。 Type B 设计有 29pin ,带宽为 Type A 的两倍。理论上能够传输 WQXGA ( 2560 × 1600 )的高分辨率,但是当时的 HDMI® 芯片无法运作在那么高的频率速度,所以市面上并没有产品采用。 Type C 又称做 mini-HDMI 连接器,为 19pin 的设计,但针脚排列成单排,而且有着比 Type A 稍小的体积,有时候会在一些薄型笔记本电脑或是计算机屏幕上使用。 Type D 又称做 micro-HDMI 连接器,同样为 19pin 的设计。 Type D 接口比 Type C 又缩小了大约一半的面积,很适合数字相机、平版计算机等以轻薄短小设计为要求的便携设备使用,有时候也会在笔记本电脑上看见。 Type E 此种类专为车用线缆设计,有与其他种类相同的 19pin 设计,差别在线缆相连的地方有着机械锁的设计,能够在车辆行进中确保连接的稳定性。是一般消费者在市面上不常见到的种类。 在 HDMI® 的规格中,规范了了许多线缆及连接器的类型,如表 (1) 所示,其中 Type B 连接器由于规格设计上的定义,并没有受到厂商的青睐,目前采用这类型连接器的产品在市面上是看不到的。目前市场上采用 Type C 及 Type D 连接器类型的产品并不普及,多少降低了厂商使用的意愿。最主要的原因还是,消费者在市面上购入的大都是采用 Type A 类型连接器的 HDMI® 线缆,所以一般带有 Type C 及 Type D 类型的装置,必须再额外搭配适配器才能转接上 Type A 线缆,额外的转接需求会使消费者在使用上觉得不方便。 表 1 : HDMI ® 市场名称及类别 在 2013 年 HDMI® 2.0 规格发布之后, HDMI 接口能够乘载的最大带宽来到了 18Gbps ,将近 HDMI® 1.4 时期 10.2Gbps 的两倍。但是 HDMI® 2.0 的规格当中并没有新增线缆规格,因此并不存在坊间俗称的「 HDMI® 2.0 线缆」。 在短距离的讯号传输,讯号衰减尚不明显,理论上选用质量较好的高速 HDMI 线缆就能够满足 HDMI® 2.0 的带宽,但是随着不同的应用出现,造成距离的增加,甚至超过 5 公尺以上,此时讯号衰减造成的影响就会逐渐明显。 对此, HDMI® 协会提出了「 Premium HDMI® Cable Certification Program 」,除了针对 18Gbps 讯号有眼图测试来确保讯号质量,还规范有电磁干扰( EMI )测试,确保线缆不会释放或是接收过多的噪声,减少讯号传输时的噪声干扰,有助于较长距离的传输。通过认证的线缆,厂商将可以购买附有专属 QR Code 的防伪标签(如下图)。并且可以根据是否附加以太网络功能在产品外盒上加注。 最后,随着 HDMI® 规格的更新,为了提供使用者更大的带宽,最新的 HDMI® 2.1 Fixed Rate Link ( FRL )模式架构下可以传输大量的影音信息。对线材来说,更高的讯号传输带宽要求意味着更严格的质量要求,因此延伸出新的 UHS HDMI® 线缆种类与规范。消费者在购买线缆的时候,深入了解自身需求,配合环境选择最适合的线缆,才能发挥产品的最大效能。 作者: GRL 台湾区测试工程师 胡智钧 Jeff Hu 国立成功大学电机系。拥有三年多 HDMI 之测试经验,熟悉 HDMI Source/Sink/Repeater/Cable 等测试规范。 GRL 技术文章作者及演讲讲师。 本文件中规格特性及其说明若有修改恕不另行通知。
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    2020-9-24 15:48
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    USB协会9/19更新说明 | USB4™认证
    关于 USB PD 3.0 E-Marker(USB4™) 认证,厂商送认证之前,必须注意以下事项: 1. USB PD 3.0 E-Marker(USB4 ™ ) 必须依据 USB Type-C® 功能测试规范进行测试。无论需验证哪一项测试设备,请需先确认是否已通过 4.13.5 验证。 此外,针对 Full-Featured USB-C Cable (USB4™) 认证,协会也发出提醒,其中几项要点如下: 1. USB-IF 不会认证 USB4™ 速率的 USB Type-C®Plug( 公头 ) 2. Full-Featured USB-C Cable (USB4™) 的认证需使用已通过 USB 3.2 认证的 USB Type-C®Plug( 公头 ) ,这也意味着 Full-Featured USB-C Cable (USB4™) 送认证时后续不需提交 USB4™ 连接器 Waiver 豁免申请。 3. USB-IF 不允许未经认证的连接器使用在 USB4 的 USB Type-C®Cables 上 4. Full-Featured USB-C Cable (USB4™) 必须使用经过认证的 USB PD 3.0 E-Marker(USB4™) 芯片。已取得认证的 USB PD 3.0 E-Marker(USB4™) IC 可在 USB Integrator List 查询。 5. E-marked Cable 现在需要根据「 USB Type-C®functional test specification 」进行测试, USB PD 3.0 E-Marker(USB4™) 必须通过 4.13.5 的规范要求。
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