USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀 - 技術白皮書

Keysight Technologies USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀

技術白皮書

02 | Keysight | USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀 - 技術白皮書

目錄

頁數 3-4

引言 第一章：是德科技 Type-CTM 解決方案：提供更快完成相符性測試的捷徑

7-12

第二章：如何有效克服 USB Type-CTM 發射器與接收器的測試挑戰

13-16

第三章：如何建立 USB Type-C 模擬與量測的關聯性

17-22

第四章：如何確保 USB Type-CTM 傳輸線與連接器的互通性和標準相符性

17-22

第五章：纜線組件相符性測試解決方案：使用 M937xA PXIe 多埠 VNA

23-24

第六章：使用高品質測試夾具確保卓越的相符性測試結果

25-29

第七章：N7015A 和 N7016A Type-C 測試夾具

30-37

第八章：USB-PD 協定觸發與解碼，適用於 Infiniium 系列示波器

38-44

第九章：USB Type-C Over USB 3.1、Thunderbolt 3 及 DisplayPort 之 Tx/Rx 實測經驗談

44-50

第十章：USB Type-C 纜線測試概觀與經驗談

50-55

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第一章： 是德科技 Type-CTM 解決方案： 提供更快完成相符性測試的捷徑

USB 發射器

裝置

時脈 A

發射器

迴路 裝置功能

通道

EQ

FF

彈性緩衝器

接收器

CDR

CDR

接收器

彈性緩衝器 .....

FF

.....

主機

Keysight Type-C 相符性測試解決方案提供支 援完整測試的通用平台，包含軟體、儀器 與測試夾具。無論您是從事設計或驗證， 我們的解决方案皆可加速推動整個過程： 從除錯、特性分析、相符性測試，到完成 任務。

EQ

纜線 / 連接器相符性測試

發射器

USB 接收器測試

模擬與設計

Type-C 電力傳輸

如何透過 USB Type-C 連接器傳輸電力？ 是德科技為您提供完整的解決方案：包含電源、軟體、測試夾具與硬體。

Type-C 交替模式

此介面整合了標準相符性測試所需的測試解決方案與產業技術

裝置功能 迴路 時脈 B

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模擬 使用 EEsof 軟體加快整體設計流程 – 使用業界最完整的模擬工具與模型庫 – 使用 Advanced Design System（ADS）軟體， 根據 USB 及其他標準進行最完整的資料鏈路分析 – 使用 W2353 USB 相符性測試平台改進模擬與量測 之間的關聯性 www.keysight.com/find/eesof-usb-ctb

發射器和電力傳輸 使用 Infiniium 示波器更快洞悉全貌 – 提供高達 12.5 Gb/s 的量測速率、業界最長的 160 位元硬體串列觸發，和全球最快 的 20 GSa/s 數位通道，不論您是測試多個高速串列通道或是大量的並聯匯流排， 都可即時進行驗證與除錯 – 具有業界最廣泛的軟體解決方案，從基礎分析、故障除錯，到相符性測試，讓您 能加速洞察信號效能 www.keysight.com/find/v-series

纜線 / 連接器 使用 ENA-TDR 增強型時域分析解決測試傳輸線與連接器的挑戰 – 指出當位元率增加時，嚴重影響系統效能的信號完整度互連 – 使用單一測試系統，加速互連測試與完整描述高速差動數位裝置特性 www.keysight.com/find/ena-tdr

接收器 使用 M8020 J-BERT 掌握您的下個設計 – 使用最高度整合的高效能 BERT 精簡化您的測試設置 – 可對信號狀況自動進行現場校驗，以確保準確且可重複的量測結果 – 對 USB 3.0/3.1 與 DisplayPort 進行實體層特性描述、驗證與相符性分析 www.keysight.com/find/jbert

電力傳輸 使用直流電源與負載描述 Type-C 電力傳輸 滿足針對轉換率、暫態響應與 USB PD 2.0 驗證測試功率的最嚴格要求 www.keysight.com/find/N6786A

所有關於 USB、Type-C 與電力傳輸需求的解決方案： www.keysight.com/find/typec

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第二章：如何有效克服 USB Type-CTM 發射器與接收 器的測試挑戰 Keysight and Type-C 解決方案：更快完成相符性測試的捷徑 概述

是 德 科 技 針 對 USB Type-C 設 計 與 測試挑戰和解決方案提供五個系 列的應用說明，本文為其中之一， 主要探討以下主題：

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。 USB Type-C 連接介面提供下列功能： TM

– 傳輸線和連接器

– 支援 USB 2.0 和其他協定的動態電力和資料傳輸

– 電力傳輸

– 符合新一代和未來裝置的重要介面規格

– 發射 / 接收

– 具備向後相容性

– 模擬和量測之間的關聯性

– 正反可插，方便易用

– 交替（ALT）模式（DisplayPort、 Thunderbolt、MHL）

隨著 USB Type-C 的問世，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。

高速資料傳輸路徑 （用於 USB 或 DP Alt 模式的發射器）

高速資料傳輸路徑 （用於USB的接收器或DP Alt模式的發射器）

USB 2.0 介面

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10

A11

A12

GND

TX1+

TX1-

VBUS

CC1

D+

D-

SBU1

VBUS

RX2-

RX2+

GND

GND

RX1+

RX1-

VBUS

SBU2

D-

D+

CC2

VBUS

TX2-

TX2+

GND

B12

B11

B10

B9

B8

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

纜線 接地

纜線 匯流排電源

次要 匯流排

次要匯流排 – 一個接腳設為 Vconn，供電給纜線 - CC 接腳用於 USB-PD 通訊

圖 1：USB Type-C 接腳圖。注意，此對稱介面為可正反插拔的結構。

USB Type-C 發射器 / 接收器要求 USB 早已從用於電力和資料傳輸的簡單 4 接腳連接器，轉變成對稱、可翻轉、多功能的 24 接腳連接器。USB Type-C 連接介面讓製造商能夠更靈活地設計 USB 裝置的發射與接收特性， 並提供 4 組成對的發射器和接收器（Tx/Rx），因此使用者可隨時使用 1 個、2 個，或同時 使用 4 個通道進行資料傳輸。它還可透過兩種不同通訊協定同時進行主動發送或接收，或 利用單一協定以雙倍的發射與接收速度進行傳輸，最高資料傳輸速率可達 20 G，未來速度 還會加快。其增強型電力傳輸特性支援高達 20 V、5 A 及 100 W 的雙向充電。這些 Type-C 特性和增強效能，使得工程師面臨更嚴峻的 USB Tx/Rx 相符性測試挑戰。深入了解 USB Type-C 和 USB 3.1 的發射器和接收器測試挑戰，有助於確保裝置順利完成 USB Type-C 整合 並通過測試。

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進行測試時，特別是資料傳輸速率提高時，測試夾具和纜線效應可能造成極大的信號損 耗，並且嚴重影響裝置效能量測結果。如需在高速相符性測試中執行準確的信號特性分 析，工程師需使用解嵌入技術來去除測試夾具對量測的影響，以測得真實的裝置效能。 在執行解嵌入之前量測用於測試夾具特性分析的 S 參數時，使用具高信號完整性的測試夾 具來降低通道損耗至關重要。 發射器和接收器相符性測試需使用相符性測試碼型。工程師可在相符性測試過程中產生 各種不同的信號碼型，並利用 SigTest 軟體工具來獲得量測結果。如需要更多關於 SigTest 軟體的資訊，請瀏覽：http://www.usb.org/developers/tools/。

USB 3.1 與 Type-C 發射器測試挑戰 進行發射器相符性測試時，工程師需克服 USB 3.1 和 Type-C 這兩種不同的挑戰。為了設計 出具更多通道數、靈活配置性，而且可正反插拔的連接器，工程師面臨一個重大的挑戰， 就是必須執行極其繁雜而大量的相符性測試。USB-IF 相符性測試要求 USB 裝置須滿足各種 不同的負載和充電條件，因此測試工程師須針對所有裝置逐一進行配置並執行所有測試， 包括： – USB 3.1 Gen 1 發射器眼圖測試 – 低頻週期信號（LFPS）時序 – 發射展頻時脈（SSC）的傳輸特性 – 全新 USB 3.1 Gen 2 測試： – SuperSpeedPlus 功能聲明（SCD） – 基於低頻週期信號（LFPS）之脈衝寬度調變訊息（LBPM） – 信號解加強（De-emphasis） – 信號預擊（Pre-shoot）

發射器眼圖測試 發射器眼圖測試可驗證所產生的信號是否滿足眼高和眼寬要求，並符合確定性抖動和隨機 抖動規範。進行相符性測試時，待測裝置需發送測試碼型。高速示波器可擷取這些測試碼 型，並量測眼圖規格。

低頻週期信號（LFPS） LFPS 是在固定時間間隔下產生的一系列脈衝。LFPS 信號測試可確保信號品質和正確的信 號特性，以進行鏈路協商和訓練，最終獲致正確的資料速率。此測試加入邊帶通訊，以透 過一般的 SuperSpeed 資料傳輸線發送低頻（10-50 MHz 而非 5 Gbps）信號。邊帶通訊有助 於在兩個連接埠之間建立連結，以便在匯流排提供信號啟動管理並實現低功耗管理。

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展頻時脈（SSC）調變信號 SSC 調變信號是 USB 3.1 Gen 1 與 Gen 2 的必要測試規格，其目標是降低電磁干擾 （EMI），並確保裝置能夠發送接收器可處理的準確訊息。USB 裝置初始化之後，隨 即進入 SSC 模式。如何控制 EMI 的影響，是發射器測試的最大挑戰，因為 EMI 可能 導致載波頻率上出現高振幅峰值，而且諧波可能超出指定的限制值。為了避免這個 問題，可以用 SSC 來展開頻譜能量，使其保持在測試限制值內。由於本地時脈與對 內資料之間存在極大的低頻差異，使得時脈與資料回復電路（CDR）成為 SSC 測試 挑戰。USB 規格有助於減輕 SSC 對 CDR 的影響，但工程師仍需分析 SSC 效應，以解 決系統的互通性問題。

SuperSpeed 功能聲明（SCD） SCD 是鏈路訓練狀態機（LTSSM）序列的一部分，同時也是 USB 3.1 Gen 2 鏈路層的 核心，負責定義鏈路連結和鏈路電源管理狀態與轉換。這些協定和時序要求極高的 信號品質。DUT 必須產生 SCD 1 和 SCD 2 信號，並驗證信號品質量測（週期、上升 和下降時間、電壓等），以確保裝置能夠順利進行協商，並提供正確的鏈路連接 （Gen 1 或 Gen 2）。

基於 LFPS 的脈衝寬度調變訊息（LBPM） LBPM 是一種可在裝置之間的鏈路進行協商的協定，最高支援 Gen 2 協商。信號品質 測試可確保裝置能夠支援 USB 3.1 Gen 2 協商。

信號解加強（衰減）與預擊 解加強（衰減）和預擊皆是信號等化技術，用於降低通道損耗效應。在碼型產生器 （發射器）和分析儀（接收器）之間的測試夾具（包括 USB 參考通道和傳輸線）會 導致頻率相依損耗，進行導致符間干擾（ISI）或眼圖閉合。為了降低損耗，工程師 需對發射器進行解加強，以增強信號的高頻分量，並張開接收器的眼圖。USB-IF 要 求信號品質量測，以確保發射信號符合規格，使得產生的信號通過高損耗傳輸線後， 仍能以最佳狀態到達接收器。

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進行發射器測試時，工程師可使用高速示波器來量測信號品質，確保波形碼型符合相符性 測試規範。示波器可將抖動分解成隨機抖動（RJ）、確定性抖動（DJ）和總抖動（TJ）並 進行分析，以確定導致抖動的原因並測試抖動容許度。 眼圖遮罩測試可快速界定出禁止傳送信號的主要區域。如果信號出現在所定義的區域中， 裝置將無法通過驗證。對於 USB 3.1 和 Type-C 裝置，要將發射信號維持在眼高 / 遮罩極限 值內極為困難，因此遮罩測試的品質至關重要。對於 E^6，經過等化後希望將眼高限制於 70 mV，所以 E^12 的眼高目標是 30 mV。經過等化處理後，E^6 的眼寬是 47 ps，這是很難 達成的目標。 進行相符性測試時，工程師需使用頻寬達 25 GHz（Thunderbolt 為 30GHz）的示波器。如需 更貼近接收器晶片進行量測，則需更大的頻寬。所有信號皆需進行眼高、眼寬、信號振幅、 抖動分析，平均資料速率，和上升 / 下降時間量測。另外，由於 Type-C 連接介面可正反插， 所以需對所有發射 / 接收通道進行測試。傳輸時會用到的所有協定也都需要進行測試。

USB 3.1 與 Type-C 接收器測試挑戰 使用驗證後的 Tx 信號進行 Tx/Rx 鏈路測試，其困難處在於我們無法查看接收器內發射鏈路 末端的狀況。即便發射信號看起來沒有問題，但是接收器眼圖可能已經閉合。壓力眼圖校 驗須對測試夾具和傳輸線施加各式各樣的抖動和串擾，以執行壓力測試。用來產生碼型的 測試儀器應提供兩種功能：增加信號壓力和進行信號分析，包括抖動和眼圖量測。 完成壓力眼圖校驗之後，便可開始測試接收器。USB 3.1 接收器相符性測試使用最差狀況 信號條件（壓力眼圖校驗）作為輸入，然後注入更高頻率的額外正弦抖動（Sj）。在多個 不同頻率上執行測試，可確保接收器能夠正常運作。執行接收器測試時，工程師需使用許 多所產生的相符性測試碼型來進行校驗。接收器測試有助於分析 USB 裝置在各種不同振幅 和抖動條件下的效能。USB 3.1 抖動測試要求執行誤碼率（BER）測試，這是一種抖動容忍 度測試。工程師需將一系列 Sj 頻率和振幅注入接收器，以便測試壓力眼圖的變化，而誤 碼檢測器則可監測接收器中的錯誤或誤碼，進而計算 BER。此測試配置需用到碼型產生器， 以提供種不同的條件，例如針對目標 BER 產生真實隨機抖動。 在 BER 誤碼檢測器上執行非同步測試也是一項挑戰，其目標是檢驗發射與接收系統是否 能夠正確無誤地傳遞位元資料。然而，隨著 USB 3.1 頻寬不斷增加，編碼複雜度也隨之升 高，使得建立複雜協定變得不易實現。一般而言，發射器和接收器可能分別位於略有不同 的時脈頻率上；因此所收到的資料流之回復時脈，跟發射器的時脈頻率可能不盡相同。當 接收器在回環模式（loopback mode）下，這種頻率差異會給待測裝置帶來問題，因為位元 資料的接收速度可能高於或低於其回傳速度。您可使用時脈補償字符來解決頻率不匹配的 問題，然後在資料從接收器回送到發射器時，將這些字符刪除，或者插入到資料流中。測 試配置中的儀器必須能夠處理對內資料流中這種數量不確定的時脈補償字符，又稱為非同 步 BER 測試。在計算誤碼數量時，分析儀必須能夠過濾掉長度可改變的 128/132 位元編碼 跳序集。

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相符性測試可確定接收器偵測數位信號資料內容的能力，即使是最差狀況下的缺損輸入信 號。如欲模擬在系統中傳輸的最差資料信號，包括相符性測試規範（CTS）中規定的缺損 信號，BER 測試儀的碼型產生器（BERT PG）是最理想的選擇。在模擬處於測試模式下的接 收器，並且接收校驗測試信號時，BERT 可根據目標 BER 來偵測數位資料內容並監測效能。 BERT 包含碼型產生器和信號分析功能，並可提供經過校驗的壓力條件，例如 SSC、SJ、 RJ、解加強和 ISI，是執行接收器測試的首選儀器。

發射器測試解決方案 執行 USB 3.1、DisplayPort 1.3、Thunderbolt 3 和 MHL 等技術的接收器相符性測試時，建議您 將 N7015A 和 N7016A Type-C 測試夾具，與 Keysight Infiniium 示波器搭配使用。這是業界最高 信號完整性的解決方案，支援 20 GHz 的頻寬效能（-3 dB），並能對高達 30 GHz 的信號 進行解嵌入處理。它包括一個 Type-C 連接介面夾具，支援插頭正反插，並提供測試接點， 讓工程師能使用探棒快速進行信號探測，進而完成發射器和電力傳輸量測。

– Keysight N7015A Type-C 高速測試夾具提供高達 30 GHz 的解嵌入頻寬，以協助工 程師執行 USB 3.1 Gen 2、DisplayPort 1.3 及 Thunderbolt 3 等 Type-C 設計的信號驗證和除錯。 此夾具分隔出 4 個高速信號通道，可用於信號量測或注入，並且讓工程師能存取信號、 探量 USB 3.1 裝置、主機和上行與下行埠。

– Keysight N7016A Type-C 低速測試夾具支援信號存取與控制，以便管理 N7015A Type-C 高速測試夾具的電力傳輸線和控制線，進而支援端接要求和測試配置，並且連 接到電力傳輸控制器。透過 N7016A，工程師可存取 USB 3.1 信號，例如 CC1、CC2、 VBUS 及接地信號，以便進行系統控制和診斷。它可同時以電子方式切換連接（以便 改變主動式 USB 3.1 高速通訊埠），並可分隔 VBUS 信號，以便驅動電力傳輸控制器 或外部電源。它還可載入 VConn 以模擬系統環境。

– Keysight U7243B USB 發射器相符性測試應用軟體和 Keysight Infiniium 示波器，可 協助工程師執行發射器相符性測試和驗證，以符合 USB 3.1 的規範。Infiniium V 系列示 波器提供業界最低的雜訊位準，非常適合用於 USB 3.1 高速串列信號，並可支援因為 高速所導致的邊限縮減。

接收器測試解決方案 Keysight M8020A J-BERT 高效能型 16-Gb/s BERT 內建您需要的所有功能（解加強、碼型產生、 連續時間線性等化 (CTLE)，判定反饋等化 (DFE)、建立各式碼型結構，以及重新排序）。 利用 Keysight USB 3.1 接收器測試解決方案，工程師可使用 M8020A J-BERT 內建的校驗後抖 動信號源（隨機抖動、週期抖動、SSC），精準地模擬前游標和後游標解加強，以及符間 干擾（ISI）軌跡，以獲得準確且可重複的接收器測試結果。

圖 2：Keysight N7015A/N7016A Type-C 測試夾具

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主要功能： – 分析經過編碼且重新計時的資料 – 支援符元率（非位元率），以提供 128b/130b、8b/10b 碼型解碼與硬體加擾能力 – 藉由即時過濾 USB 3.1 專屬的 128/132 位元編碼跳序集（長度會隨碼型流而改變） 來計算誤碼數 – 針對 Rx 測試產生校驗後的加壓條件（SSC、SJ、RJ、解加強、ISI） – 使用內建的電氣閒置功能進行回環訓練並透過通道，來模擬 LFPS 3 位準信號 – 包含整合式鏈路訓練、接收器等化處理、雜訊缺損、可變的 ISI、接收端等化器 / 眼圖開啟器 – 透過放大器產生共模信號，以便降低複雜度 – 內建時脈回復功能

克服接收器測試挑戰： – 接收器壓力測試校驗：使用示波器內建的 CDR 和等化器模擬功能來量測眼高和眼寬 – 實現 BERT 誤碼檢測器上的非同步測試：適用於 M8020A J-BERT 0S2 的 SKP 和 SKP OS 過濾選項可計算 USB 3.x 誤碼數量 – 讓 DUT 進入個別測試模式：結合使用 M8020 強大的 J-BERT 碼型定序器和 BitifEye 鏈路 訓練套件 Keysight M8020A J-BERT 碼型產生器提供準確且可重複的接收器測試，讓您能模擬鏈路訓練序 列，以便將主機或裝置設成回環模式。有了 M8020A，即便沒有外部信號源，工程師也能模 擬各種壓力狀況，包括超出邊限的狀況。利用內建的校驗後信號源，工程師可繪製正弦抖動 （SJ）、隨機抖動（RJ）、符間干擾（ISI）軌跡，並模擬通道效應。M8020A 還可模擬展頻 時脈（SSC），並提供可調式解加強功能。 Keysight M8020A 可簡化接收器測試配置，方便工程師分析 USB 裝置的重新計時和編碼資料。 M8020A J-BERT 分析選項可過濾 SKIP/ALIGN 符號以便消除盲區（dead time），同時還可自動 處理運行不一致的編碼碼型，並且顯示符元錯誤率（SER）或計算出的 BER。

結語 USB 3.1 和 Type-C 規格帶來了許多前所未有的 USB 發射器和接收器測試挑戰。快速而準確地 量測重要特性，包括發射器眼圖、LFPS 和 LBPM 時序、發射器 SSC 曲線、SCD 信號，並執行 解加強和預擊，將是確保發射器通過測試的關鍵因素。靈活的信號產生和誤碼檢測功能則是 接收器測試驗證的重點。 Keysight Type-C 解決方案內含軟體、儀器和測試夾具，是專為此通用介面之標準測試而量身 打造的完備解決方案。無論您專精於設計或是驗證領域，我們的解決方案都可協助您加速完 成除錯、特性分析，及最後的相符性測試。

下載軟體， 獲得前瞻洞察力 是德科技軟體讓專業技術觸手可 得。從第一次模擬，到第一次出 貨，我們在整個流程中提供一應 俱全的量測工具，以加速您獲得 量測資料、解析重要資訊，並制 訂執行方案。 – – – –

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第三章：如何建立 USB Type-C 模擬與量測的關聯性 Keysight Type-C 解決方案：更快完成相符性測試的捷徑 概述

是 德 科 技 針 對 USB Type-C 設 計 與 測試挑戰和解決方案提供五個系 列的應用說明，本文為其中之一， 主要探討以下主題：

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。 USB Type-C 連接介面提供下列功能： TM

– 傳輸線和連接器

– 支援 USB 2.0 和其他協定的動態電力和資料傳輸

– 電力傳輸

– 符合新一代和未來裝置的重要介面規格

– 發射 / 接收

– 具備向後相容性

– 模擬和量測之間的關聯性

– 正反可插，方便易用

– 交替（ALT）模式（DisplayPort、 Thunderbolt、MHL）

隨著 USB Type-C 的問世，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。

高速資料傳輸路徑 （用於 USB 或 DP Alt 模式的發射器）

高速資料傳輸路徑 （用於USB的接收器或DP Alt模式的發射器）

USB 2.0 介面

A1

A2

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A4

A5

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A8

A9

A10

A11

A12

GND

TX1+

TX1-

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CC1

D+

D-

SBU1

VBUS

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RX2+

GND

GND

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RX1-

VBUS

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D-

D+

CC2

VBUS

TX2-

TX2+

GND

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B9

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纜線 接地

纜線 匯流排電源

次要 匯流排

次要匯流排 – 一個接腳設為 Vconn，供電給纜線 - CC 接腳用於 USB-PD 通訊

圖 1：USB Type-C 接腳圖。注意，此對稱介面為可正反插拔的結構。

USB Type-C 設計、模擬與驗證 將 USB Type-C 升級或整合入裝置中是相當複雜的工作，因為先前版本透過 4 或 8 個接腳來 供電、接地與傳輸資料，現在必須改成使用 24 個接腳和多條傳輸線，來傳輸電力、接地、 發射與接受信號，並進行控制。在設計過程中，儘早得知您的 Type-C 裝置如何運作有許多 好處。實體層設計模擬有助於實現具最佳效能的有效佈局、讓新裝置設計順利通過最終的 相符性測試、並避免耗時的重新設計。為了減少昂貴的硬體打樣次數，並且儘早發現問題， 請務必在進行相符性測試之前執行設計模擬。 對 Type-C 裝置進行模擬與設計驗證，以確認其效能時，工程師須對發射器、接收器，以及 通道套用多種壓力信號並進行分析，以確保裝置的互通性。

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發射器 進行發射器測試時，工程師可使用高速的即時示波器，來量測每個特定相符性波形碼型 的信號品質。具有 20 GHz 頻寬的示波器（Thunderbolt 需 30 GHz 的頻寬）可用來量測所有 信號的眼高，眼寬，信號振幅，抖動分析，平均資料速率，以及上升時間、下降時間。 發射器相符性測試項目包含： – 發射器眼圖測試 – 發射器展頻時脈（SSC）特性測試 – 低頻週期信號（LFPS）及基於 LFPS 的脈衝寬度調變信號（LBPM）協定測試

接收器 執行接收器驗證測試時，工程師必須分析 USB 裝置在各種不同的振幅與抖動條件下的效 能，例如使用一系列具有正弦抖動頻率與振幅的最差輸入信號條件（對眼圖施壓），來 測試接收器，並使用誤碼檢測器來監視接收器中的錯誤或誤碼，進而計算誤碼率（BER）。 誤碼率測試儀（BERT）的碼型產生器可透過不同的抖動條件來測試接收器正確偵測數位 信號內容的能力，包含最差狀況的缺損輸入信號及誤碼率。除可模擬測試模式中的接收 器、接收經校驗的測試信號之外，BERT 還可根據目標誤碼率來偵測數位信號內容並監測 效能。BERT 包含碼型產生器和信號分析功能，以及經校驗的壓力條件，例如 SSC、正弦 抖動（SJ）、隨機抖動（RJ）、解加強，及符間干擾（ISI）。 接收器相符性測試項目包含： – 抖動容忍度測試 – 低頻週期信號（LFPS）及基於 LFPS 的脈衝寬度調變信號（LBPM）協定測試

通道（連接器與傳輸線） 通道測試包含 S 參數分析，使用信號分析儀執行此量測的效果最佳。 通道相符性測試項目包含： – 適合 Nyquist 頻率處的插入損耗（ILfitatNy） – 整合式多重反射（IMR） – 整合式串擾（IXT） Type-C 連結可正向與反向插拔，因此設計工程師須測試發射器與接收器的傳輸線。此外， 如果裝置必須交替地發射與接收傳輸協定，則須測試這些協定。

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設計和模擬 / 量測之關聯性挑戰 全新裝置的設計，始於電子設計自動化（EDA）線路圖擷取，接下來則需執行模擬、佈局、 電磁模擬，最後還須進行標準相容性測試。藉由使用相同的相容性標準量測軟體來測試 EDA 解決方案所產生的模擬波形，並量測桌上型測試儀器所擷取的波形，工程師將對模擬 相符性測試報告更具信心。是德科技可同時提供 EDA 軟體以及使用相同的相容性測試套件 的各種量測設備。這些相符性測試軟體均通過標準委員會的核可。使用一組相同的量測演 算法，有助於改善模擬與硬體測試結果之間的關聯性，使得工程師對於新設計之相容性測 試模擬更具信心。 USB 3.1 SuperSpeed+ Type-C 具有更高的資料速率、更嚴格的 Type-C 相容性邊限，而且通道 中的信號嚴重衰減，導致接收端輸入接腳出現閉合眼圖，在在提高了其測試困難度，因此 執行 USB 3.1 SuperSpeed+ Type-C 模擬至關重要。在設計階段中進行適當的模擬，有助於減 少後續階段可能出現的問題。在發射器到接收器之間進行端對端模擬（包含封裝、PCB 和 纜線連接器），可顯示信號是否遭遇任何瓶頸。此外，在進入原型製造之前先測試設計之 標準相符性，可節省時間與成本，而且在模擬環境中改變設計，遠比改變實際的 PCB 或 裝置要簡單很多。另一方面，使用同樣的相符性測試工具對模擬波形與量測波形進行後 處理，可大幅縮短從設計到新產品出貨的整體時間。

是德科技解決方案 是德科技先進設計系統（ADS）是一套設計模擬軟體，讓工程師能輕鬆執行 USB 3.1 Type-C 發射器、接收器、通道的端對端模擬。設計工程師可客製 ADS 的 W2353EP USB Compliance Test Bench（CTB）提供的線路圖設計範例，以獲得所需的 IP 模組。USB CTB 會將模擬的電 子與時序波形寫入檔案，以供 Keysight U7243B USB 3.1 相符性測試軟體和 Infiniium 示波器進 行離線儲存資料之分析。ADS 及 USB CTB 可協助工程師解決模擬與量測結果之關聯性問題。 如果相容性測試軟體執行的模擬通過測試，設計工程師將可信心十足地製作產品原型。 完成產品原型製作後，工程師可在實際的測試工作台上使用 Infiniium 示波器和完全相同的 相容性測試應用軟體進行量測。

圖 2：在 ADS 軟體中進行 USB 設計模擬。

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如果模擬與實際量測有不一致之處，則可確定是模擬階段與實體設計階段之間的某些活動 所導致，因為工程師使用相同的相符性測試軟體進行模擬與量測。

ADS 提供的 W2353EP USB CTB 軟體由模擬測試工作台及 Waveform Bridge 腳本所組成。模擬 測試工作台包含子電路（即 USB 發射器）、通道和 USB 接收器。工程師可調整模擬測試 工作台以便獲得製造階段之前的設計，接下來可執行通道模擬，並將合適的波形寫入資料 集（dataset）。Waveform Bridge 腳本是自動化程序，可存取資料集的波形並寫入檔案中， 以供 U7243B USB 3.1 相符性測試軟體和 Infiniium 示波器進行後續分析。此應用軟體可處理 示波器上的即時信號和所儲存的信號。此外，工程師可在「遠端」模式中執行此應用軟體， 亦即可在任何 Windows PC 上（包含已安裝 ADS 的 PC）執行此軟體。 實體層模擬可能包含以下波形： – 主機：Tx_AMI、主機 PCB 軌跡、Via field – 纜線：S 參數 – 裝置：Rx_AMI、裝置 PCB 軌跡、Via field Keysight Infiniium 示波器和 U7243B USB 發射器相符性測試軟體的組合，讓工程師能根據 USB 3.1 規範執行發射器相符性與驗證測試。此軟體與儀器的組合可滿足 USB 3.1 的高速串列量測 需求，並因應高速所造成的邊限縮減。

結語 USB 3.1 和 Type-C 規格為 USB 裝置設計帶來許多前所未有的挑戰。儘早在開發階段驗證 USB 發射器、接收器和通道設計的標準相符性，有助於加快裝置的設計，並且避免代價 高昂的重新設計。確定所使用的模擬軟體包含與儀器用於裝置驗證測試之量測軟體相同的 量測科學，可節省時間並避免獲得有問題的量測結果。 Keysight Type-C 解決方案內含軟體、儀器和測試夾具，是專為此通用介面之標準測試而量 身打造的完備解決方案。無論您專精於設計或是驗證領域，我們的解決方案都可協助您 加速完成除錯、特性分析，及最後的相符性測試

下載軟體， 獲得前瞻洞察力 是德科技軟體讓專業技術觸手可 得。從第一次模擬，到第一次出 貨，我們在整個流程中提供一應 俱全的量測工具，以加速您獲得 量測資料、解析重要資訊，並制 訂執行方案。 – – – –

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第四章：如何確保 USB Type-CTM 傳輸線與連接器的 互通性和標準相符性 Keysight Type-C 解決方案：更快完成相符性測試的捷徑 概述 USB Type-CTM 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。 USB Type-C 連接介面提供下列功能： – 支援 USB 2.0 和其他協定的動態電力和資料傳輸

是 德 科 技 針 對 USB Type-C 設 計 與 測試挑戰和解決方案提供五個系 列的應用說明，本文為其中之一， 主要探討以下主題： – 傳輸線和連接器 – 電力傳輸

– 符合新一代和未來裝置的重要介面規格

– 發射 / 接收

– 具備向後相容性

– 模擬和量測之間的關聯性

– 正反可插，方便易用

– 交替（ALT）模式（DisplayPort、 Thunderbolt、MHL）

隨著 USB Type-C 的問世，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 傳輸線與連接器 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。 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 / 傳輸線問題做了一些設計變更，並為新型 Type-C 產品添加 更多特性與功能。您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。 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 20 V、5 A 和 100 W 的動態電力傳輸和充電特性。成對的發射器和接收器（Tx/Rx）可用於 USB 協定，或是 DisplayPort、MHL、Thunderbolt 資 料 傳 輸 等「 訪 客 協 定 」， 以 實 現 更 高 速 的 資 料 和 影 音 信號傳輸。Type-C 資料傳輸速率最高可達 20 Gbps（Thunderbolt），未來可望進一步提升到 40 Gbps。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。

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高速資料傳輸路徑 （用於 USB 或 DP Alt 模式的發射器）

高速資料傳輸路徑 （用於USB的接收器或DP Alt模式的發射器）

USB 2.0 介面

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10

A11

A12

GND

TX1+

TX1-

VBUS

CC1

D+

D-

SBU1

VBUS

RX2-

RX2+

GND

GND

RX1+

RX1-

VBUS

SBU2

D-

D+

CC2

VBUS

TX2-

TX2+

GND

B12

B11

B10

B9

B8

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

纜線 接地

纜線 匯流排電源

次要 匯流排

次要匯流排 – 一個接腳設為 Vconn，供電給纜線 - CC 接腳用於 USB-PD 通訊

圖 1：USB Type-C 接腳圖。注意，此對稱介面為可正反插拔的結構。

接腳功能概述

四對供電 / 接地接腳（VBUS），（GND）

2 根接腳（CC1、CC2），其中 1 根接腳設為 Vconn 端子 這些接腳決定了傳輸線配置並可用於傳輸線方向偵測。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，後者可決定傳輸線的方向。另一個 CC 接腳則重新設定為 Vconn（5 V 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-） 這 些 專 用 的 USB 2.0 資 料 匯 流 排 接 腳 可 確 保 USB 2.0 具 備向後相容性。

USB

Standard A

—

4

D+

3

D—

2

+

Standard B

+

四對發射器 / 接收器接腳（TX1+/-、RX1+/-、TX2+/-、RX2+/-） 這些接腳可用於高速資料匯流排或交替（ALT）模式。4 對發 射與接收（Tx/Rx）接腳可供 1 個、2 個或所有 4 個通道用於資 料傳輸。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的 Tx/Rx 傳輸速度。

D—

1

2

4

3

1

—

電力傳輸電路可管理多項周邊裝置並且為它們供電，讓裝置 能夠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。

D+

兩個次要匯流排接腳（SBU1、SBU2） 目前 Type-C 連接不支援次要匯流排或「旁波段（sideband）」 信號，但可用於交替模式資料傳輸或未來的擴充功能。

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 （SBU1/2 接腳用於交替協定）。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。 使用 USB Type-C 產品時，您會發現此介面的功能更強大，也更容易使用。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。

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USB Type-C 傳輸線與連接器的測試挑戰 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 還定義了兩條 USB Type-C 傳輸線，兩端均為 Type-C 接頭： – USB 3.1 Type-C 傳輸線的傳輸速度可以是 10 Gbps Gen2 或 5 Gbps Gen1（傳輸線較長， 約 2 公尺） – USB 2.0 Type-C 連接至舊型主機（通常用於行動裝置充電） 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，兩公尺長的傳輸線，其插入損耗不可超過 7 dB。在 20 dB SuperSpeed Gen 1 的限制下，主機和裝置合計的插入損耗不得超過 13 dB。 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之插入損耗，以及反射和串擾的影響。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 10 Gbps，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。您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。

[USB Cable Assembly] Differential Insertion Loss 0

-5

[dB]

-10

-15

[TRL] -20

[De-embedding (AFR)] [ECal]

-25

[No Cal] [Type-C Limit]

-30 0.0E+00

5.0E+09

1.0E+10

1.5E+10

Freq [GHz]

圖 3：在高頻率下會產生大量的損耗，因此需透過更嚴格的方式來消除測試夾具效應，如此才能量測 到連接裝置的實際效能。

18 | Keysight | USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀 - 技術白皮書

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。 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。

圖 4：通道響應會受到通道內許多特性（損耗、反射、串擾和模式轉換）的影響，因此傳統的參數分析方法已不再適用，工程師需要使 用新的壓力眼圖測試（通道參數 / 邊限）來進行量測。

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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（USB-IF 尚在研發中）上，該夾具包含五個 SMA 連接器： 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。

傳輸線 / 連接器量測解決方案 是德科技測試夾具效應解決方案 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（選項 TDR）的全新 Keysight ENA 系列網路分析儀。我們建議使用此多合一解決方案來量測所有的 相符性參數。此外，受 ENA USB 介面所控制的 Keysight N4433A ENA 微波電子校驗（ECal） 模組，可用於 ENA 校驗並可消除測試配置效應。 – 在 USB-IF 公佈相符性規範的同時，是德科技提供的「實作方法（MOI）」讓工程師 能依照各個步驟進行特定參數量測。請上網查看《USB Type-C 纜線連接器組件實作 方法》：http://www.keysight.com/find/ena-tdr_usbtype-c-cabcon。 除了用於 USB 測試外，ENA 選項 TDR 也通過認證，可支援各種高速串列標準的量測。請至 是德科技網站下載相關量測程序：www.keysight.com/find/ena-tdr_compliance。

20 | Keysight | USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀 - 技術白皮書

典型配置

– ENA 主機 – E5071C-4K5：4 埠，300 kHz 至 20 GHz 的頻率範圍。建議使用此選項，因為 Type-C 傳輸線 / 連接器需量測高達 15 GHz 的頻率。 – 增強型時域分析選項（E5071C-TDR） – 電子校驗模組（N4433A）) 注意：本清單包含必要的主要設備。請洽是德科技業務專員以獲得更多配置資訊。 Keysight E5071C ENA 系列網路分析儀為理想的解決方案，可協助製造與研發工程師評估頻 率高達 20 GHz 的射頻元件和電路。 Keysight N4433A 微波電子校驗模組支援 300 kHz 到 20 GHz 的頻率，配備 3.5 mm 接頭和 4 個 連接埠，可與向量網路分析儀共同進行快速又準確的完整 3 埠或 4 埠校驗。此外，許多高 速串列相符性測試中心也開始採用 ENA 選項 TDR。 Keysight N1930B 實體層測試系統軟體（PLTS 2016）具備自動測試夾具效應移除（AFR）功能， 可與 Keysight PNA 和 ENA 網路分析儀（包含新型 PXI VNA 架構）搭配使用，提供當今高速數 位設計工程師亟需的強大信號整合工具。PLTS 為實體層裝置量測與分析必備的信號整合解 決方案。精靈程式可協助使用者輕鬆校驗和量測多埠裝置。完成量測後，PLTS 提供各種顯 示、分析、重新格式化和轉換工具，並可執行資料匯入與匯出。

結語 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。單機式 ENA 選項 TDR 解決方案可執行阻抗、S 參數和眼圖等高速互 連分析。 Keysight Type-C 解決方案內含軟體、儀器和測試夾具，是專為此通用介面之標準測試而量 身打造的完備解決方案。無論您專精於設計或是驗證領域，我們的解決方案都可協助您加 速完成除錯、特性分析，及最後的相符性測試。

下載軟體， 獲得前瞻洞察力 是德科技軟體讓專業技術觸手可 得。從第一次模擬，到第一次出 貨，我們在整個流程中提供一應 俱全的量測工具，以加速您獲得 量測資料、解析重要資訊，並制 訂執行方案。 – – – –

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21 | Keysight | USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀 - 技術白皮書

第五章： 纜線組件相符性測試解決方案 使用 M937xA PXIe 多埠 VNA 適用於互連分析的多埠量測解決方案 適用於 USB Type-CTM 纜線組件的 真正多埠量測 隨著使用者對頻寬的需求越來越高，高速數位標準需不斷地演進， 以支援更高的資料速率。10 Gbps USB 3.1 規格提供比現有的 5 Gbps USB 3.0 多出一倍的實際資料速率。在資料傳輸速率節節升高的狀 況下，工程師須更嚴格地執行實體層測試，以確保產品的互通性。

DUT

1x s12p Touchstone 檔案

多 埠 量 測 是 伴 隨 著 高 速 數 位 纜 線 組 件 而 來 的 量 測 挑 戰 之 一。 Keysight M937xA PXI 多埠向量網路分析儀具有完整的 n 埠校驗和 固有的頻域量測能力，可提供真正的多埠量測。執行 USB Type-CTM 纜線組件測試時，Keysight M937xA 可加以配置，以支援 300 kHz 至 15 GHz 的 12 埠量測，進而產生經過 USB-IF 相符性測試工具分析的 s12p touchstone 檔案。

M937xA PXI 多埠 VNA 特性 產品特性

優點

精確的量測結果

媲美機箱式 VNA （例如 >114 dB 動態範圍，<0.003 dB 軌跡雜訊，0.005 dB/degree 穩定度）

六種機型提供 300 kHz 到 4、6.5、9、14、20 或 26.5 GHz 的頻率範圍

產品符合主要高速數位標準的頻率 要求（USB Type-C 纜線的 300 kHz 至 15 GHz 頻率）

真正的多埠量測， 具完整的 n 埠校驗

可實現簡單快速的量測，以便產生 一個 touchstone 檔（USB Type-C 纜線 所需的 s12p 檔案）

多達 32 埠量測

可加以擴充，以因應未來多埠量測 需求

使用獨立的 VNA 同時 執行多站量測

更快的量測速度，可節省量測時間

22 | Keysight | 纜線組件相符性測試解決方案使用 M937xA PXIe 多埠 VNA - 產品型錄

M937xA 和 E5071C 之間的量測關聯性 進 行 纜 線 組 件 相 符 性 測 試 時， Keysight E5071C ENA 選 項 TDR 經 驗 證 可 用 於 各 種 高 速 數 位 標 準 的 相 符 性 測 試， 例 如 USB、HDMI、 DisplayPort。如下圖所示，在比較 USB Type-C 纜線組件量測結果時，我們發現 Keysight M937xA PXI 多埠向量網路分析儀和 E5071C ENA 選項 TDR 的量測結果具有緊密的關聯性。 插入損耗

回返損耗

藍色軌跡線：M937xA（完整的 12 埠校驗），紅色軌跡線：E5071C ENA 選項 TDR（完整的 4 埠校驗） 10 MHz 至 15 GHz，1,500 pts，1 kHz IFBW，-5 dBm 信號源功率，開啟 port Z conversion（所有埠均為 42.5 Ω）， 開啟 De-embedding（測試夾具補償），50 Ω 端接，連接到所有未使用的埠。

訂購資訊 機型 / 選項 說明 M9374A

單個

300 kHz 至 20 GHz， 2 個（適用於 4 埠 VNA） 2 埠 PXIe 向量網路分析儀 4 個（適用於 8 埠 VNA） 6 個（適用於 12 埠 VNA）

M9374A-010 時域分析

1(*)

M9374A-551 完整的 N 埠校驗量測

1(*)

N4433A

電子校驗模組， 300 kHz 至 20 GHz，4 埠

1

M9018A

18 槽 PXIe 機箱

1

M9037A

高效能嵌入式控制器

1

* 至少需有一個 PXI VNA 模組配備選項 010 和 551，以便在多埠配置中提供 上述功能。

USB Type-CTM 和 USB-CTM 是 USB 開發者論壇的商標。

交互干擾（NEXT）

23 | Keysight | USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀 - 技術白皮書

第六章：使用高品質測試夾具確保卓越 的相符性測試結果 簡介 執行相符性測試時，您需藉由查看測試結果來驗證裝置運作是否符合預期，確保在任何條件下，包括 所支援的速度和控制器類型、在集線器環境中，以及在匯流排載入其他裝置時，您所設計的裝置都能 正常運作。您必須驗證待測裝置符合所有測試標準的要求。如欲獲得出色的高速串列匯流排測試結果， 您需使用高品質的測試夾具，例如可提供優異信號完整性的 Keysight N7015A 高速 Type-C 測試夾具。您 還可解嵌入測試夾具效應，以保持信號完整性。

高品質測試夾具的重要性 在高速串列匯流排相符性的測試中，測試夾具可在待測裝置與示波器等量測和分析設備之間建立 連接，方便測試設備得以存取發射器或接收器的量測點，以完成相符性測試。此外，測試夾具 可根據實體層測試標準來驗證相符性測試系統和裝置。測試夾具是實現高品質相符性測試的關鍵 元件，因為它的可靠性和可重複性等特性，對於電氣信號品質測試的規格邊限影響甚鉅。圖 1 顯 示連接待測裝置與示波器的 Keysight N7015A 測試夾具。

圖 1：測試夾具可為待測裝置和量測與分析設備提供所需的介面。

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USB 3.1 Type-C 測試 新的 USB 3.1 標準（增強型 SuperSpeed USB）定義了高達 10 Gbps 的資料傳輸速率，這個速度是 USB 3.0 的兩倍，USB 2.0 的 20 倍。不斷攀升的資料速率，為 Type-C 測試夾具等新的消費性電子 產品測試帶來了更多挑戰。新的 Type-C 連接介面可同時傳輸 USB 3.1 Gen 2 信號、高達 4k 解析 度的 DisplayPort 信號，並可處理高達 100 W 的電氣功率。因此，USB Type-C 介面已開始取代其他 USB 連接器。USB Type-C 埠支援眾多使用交替模式的不同協定，讓使用者能在單一 USB 埠上， 使用可輸出 HDMI、VGA、DisplayPort 信號的轉接器，或提供其他類型的連接。

信號完整性的重要性 資料速率提升意味著測試夾具和電流所導致的信號損耗將隨之增加。要維持出色的量測準確度， 您可在高速相符性測試中採用解嵌入技術，以去除量測中的測試夾具和纜線效應，進而獲得真實 的待測裝置效能。您可使用 S 參數量測特性分析測試夾具完成解嵌入。如需更優異的信號傳真度， 您可結合使用解嵌入技術與信號損耗極低的測試夾具。 高插入損耗也會影響測試邊限，導致意外的測試不合格。Keysight N7015A 等高品質測試夾具可解 決插入損耗問題。纜線損耗也是不容忽視的問題。所有的纜線都會產生損耗，使得測試系統的效 能受限。其信號損耗程度取決於纜線的品質和損耗規格。纜線長度越長，信號損耗量就越大。因 此，請盡可能選擇高品質纜線並縮短纜線長度。圖 2 顯示插入損耗與測試夾具品質之間的關係。

圖 2：插入損耗有助於確定測試夾具的品質。

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解嵌入測試夾具效應 執行相符性測試時，待測裝置輸出的測試信號需通過纜線或測試夾具等裝置，才能進入量測 設備。因此，待測信號其實是添加了測試夾具和纜線效應的待測裝置信號。藉由使用 Keysight InfiniiSim 等解嵌入軟體，您可隔離待測裝置，以便單獨量測其效能。 圖 3 顯示 PRBS 信號眼圖碼型量測實例。信號路徑中的纜線和測試夾具已透過解嵌入技術進行移 除。解嵌入纜線和測試夾具需量測每個成對纜線和測試夾具的 S 參數，並將它預先載入 InfiniiSim 軟體中。接著，InfiniiSim 軟體會分析量測結果和模擬電路，並產生修正轉移函數。將轉移函數 應用於所測得的波形（VMeas），示波器顯示幕將顯示所需的模擬波形（VSim）。

VMeas(t)

VSim (t)

Fixtures 測試夾具 cables 纜線

TX

ZTx

TX

ZTx

VMeas(t)

0Ω

VSim (t)

通道裝置

VS

+ -

ZOSC (f)

+ -

ZOSC (f) VS

圖 3：Keysight InfiniiSim 等解嵌入軟體可協助您從測得信號中萃取待測裝置信號。

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下面 3 張圖顯示解嵌入之前和之後，測試夾具對信號的影響。圖 4 顯示經由 J-BERT 輸出，並直 接進入 33 GHz Keysight V 系列 Infiniium 示波器的 13.5 Gbps PRBS 信號實例。

圖 4：經由 J-BERT 輸出，並直接進入 33 GHz Keysight V 系列 Infiniium 示波器的 13.5 Gbps PRBS 信號。

圖 5 是通過 Keysight N7015A 高速測試夾具的信號，該測試夾具用來連接信號源（BERT）和示波器。 請注意明顯變差的上升 / 下降時間和閉合眼圖。

圖 5：請注意，插入測試夾具和纜線後，上升 / 下降時間明顯受到影響，並且出現閉合眼圖。

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圖 6 顯示應用 Keysight InfiniiSim 解嵌入功能的信號量測結果，軟體修正了測試夾具和 1 公尺同軸 纜線的損耗。您可看到，將測試夾具效應解嵌入後，信號幾乎完全恢復。

圖 6：將測試夾具效應解嵌入後，信號幾乎完全恢復。

結語 高品質測試夾具可確保卓越的相符性測試結果 高品質的相符性測試必須要利用優質測試夾具 才能實現，因為插入損耗等測試夾具特性會影響規格邊限，甚至可能導致電氣信號品質測試不 合格，所以您需要一個在解嵌入之前和之後都能夠保證信號完整性的解決方案。使用 Keysight N7015A 高速 Type-C 測試夾具和 InfiniiSim 解嵌入軟體，可確保您獲得更高的測試邊限和更精確的 量測結果。

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業界信號完整性最高的 Type-C 測試夾具 – 20 GHz 頻寬（-3dB 時），可解嵌入頻寬高達 30 GHz – 實現 USB 3.1、DisplayPort 1.3、Thunderbolt 2/3 信號驗證和除錯 – 具有用於發射器和電力傳輸量測的測試點和探量點 – 提供可充分利用是德科技全系列相符性測試應用軟體的元件 – 相容於 Keysight Infiniium 90000 X 系列、V 系列、Z 系列和已停產的 Q 系列示波器

29 | Keysight | USB Type-C 及 PD 設計及驗證面面觀 - 技術白皮書

第七章：N7015A 和 N7016A Type-C 測試夾具 業界信號完整性最高的 Type-C 測試夾具 以最佳信號完整性實現最準確的量測結果 Keysight N7015A Type-C 高速測試夾具提供同級產品中最佳的效能，具有高達 30 GHz 的可解 嵌入頻寬，讓您能夠對 USB 3.1 Gen 2 設計和其他高速信號標準進行信號驗證和除錯，以便 支援 Type-C 連接器。 Keysight N7015A Type-C 高速測試夾具將 4 個高速協定信號差動通道分接至示波器，並將低 速電源線和控制線接到第二個測試夾具（N7016A Type-C 低速信號存取與控制夾具），用來 進行監測和控制。這種靈活的測試夾具組合，讓您能夠存取並探量配有插座（例如：USB 3.1 上行或下行埠）之 Type-C 設計的信號。N7016A 低速測試夾具可管理 N7015A 的電源線和控 制線，以符合端接要求並支援測試配置。此外，它還可連接至電力傳輸控制器。

USB 2.0 D+ 和 D-

透過 USB Type-C（插頭式） 纜線將 Vbus 線和定電流線 連接至 N7016A 測試夾具 成對的高速同軸 電纜，用於 TX2+、 TX2-、RX2+、RX2-

2 針腳式接頭， 用於連接 SBU1 和 SBU2 測試點

成對的高速 同軸電纜， 用於 TX1+、 TX1-、RX1+、 RX1-

連接至待測裝置的 Type-C 連接器

圖 1：Keysight N7015A Type-C 高速測試夾具。

高速信號（TX、RX）

Vbus、CC1、CC2、 GND 和 SBU1/SBU2

電力傳輸 控制器

直流電源 供應器

用於 N7016A 的電源和信號控制

圖 2：用於 Type-C 連接器的高階測試配置。

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隨著資料速率提升，測試夾具和纜線連接效應成了測試期間主要的信號損耗來源，甚至可 能損及元件效能量測的準確性。為了在高速相符性測試中進行準確的信號特性分析，您可 使用解嵌入技術消除測試夾具對量測造成的效應，以便查看實際的 DUT 效能。若是將通道 （本例為測試夾具）設計成具有最小損耗，並藉由量測 S 參數，仔細分析測試夾具的特性， 則可以最佳效能克服損耗帶來的問題。Keysight N7015A 以提供最佳信號完整性為設計宗旨， 是德科技另亦提供 S 參數模型，可用於 Keysight Infiniium 基礎軟體和業界最完整的相符性測 試應用軟體，包括 USB、DisplayPort 和 Thunderbolt。

圖 3：N7015A 插入損耗（22 GHz at –3 dB）。

穩健有效的解決方案可保障您的投資 如與 Keysight N7016A 搭配使用，N7015A 測試夾具的接頭可反轉，您可將插頭反轉 180 度並 進行測試，不會因而導致任何損壞或錯誤。其獨特設計使得兩個測試夾具可以並排或上下 堆疊的擺放。無論是採並排或堆疊方式來連接，這些測試夾具都可滿足規格要求的最小間 隔。堅固的測試夾具設計確保您可在主動測試環境中有效進行多次連接和拆卸。

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圖 4：Keysight N7015A 具有可將兩個夾具上下堆疊的設計。

圖 5：Keysight N7015A 具有可將兩個夾具並排擺放的設計。

Keysight N7016A Type-C 低速測試夾具， 用於電力傳輸與控制信號分析 Keysight N7016A Type-C 低速信號存取與控制測試夾具經由強制 Type-C 纜線連接到 N7015A， 以 便 傳 輸 CC1、CC2、SBU1、SBU2、Vbus 和 接 地 信 號。 如 此 便 可 分 接 來 自 USB 裝 置 的 Type-C 信號，以便用於系統診斷和控制。除此之外，您還可使用高阻抗被動式探棒探量深 度信號分析所需的 CC1、CC2 和 Vbus 信號。N7016A 可針對純纜線連接提供端接控制，也 可用來模擬上行或下行裝置。它還可透過電子方式（即變更主動式 USB 3.1 高速連接埠） 提供反轉連接並且分接 Vbus 信號，以便利用電力傳輸控制器或外部供應器來進行驅動。 另外還可載入 VConn 以便模擬系統環境。

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用於控制和供電的 USB-B 連接器

用於外部電源供應器 的連接器

D+/D- 和 SBU1/2 探測點 用於CC1、CC2、VBUS 和GND的探測點

PORT2： 外部 Type-C 裝置

PORT1：與 N7015A Vbus、CC1、CC2、 GND和SBU1/2介接 的纜線 與 N7015A 的高速信號互連

RX2+ 和 RX2–

狀態指示燈

TX1– 和 TX1+ VBUS 和 VCONN 狀態指示燈

TX2– 和 TX2+

D+ 和 D–

圖 6：Keysight N7016A Type-C 低速測試夾具。

圖 7：您可使用是德科技被動式探棒輕易地探量 N7016A 的 CC1、CC2 和 Vbus 信號。

RX1+ 和 RX1–

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圖 8：使用附有 Keysight InfiniiMax I/II 探棒放大器的 E2678B 插座接頭來探量 D+/D- 信號。

圖 9：使用外部電源供應器為 USB 裝置提供額外的電源（高達 5 A、20 V）。Keysight N7016A 套件內含 電源供應器插頭連接器。

Keysight N7016A Type-C 低速測試夾具需要安裝軟體控制器才能操作。您可將 N7016A 隨附的 免費控制器軟體安裝於 PC 中，或安裝於 Infiniium 示波器以便於使用。請至是德科技網站 下載此控制器軟體：http://www.keysight.com/main/software.jspx?ckey=2674876&lc=eng&cc=US&n id=-33524.1140138&id=2674876.

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圖 10：此控制器軟體能讓您透過互連組件繞接有或無負載的定電流線和 Vbus。

利用可配置系統縮短測試時間 Keysight N7015A/N7016A Type-C 測試夾具解決方案可以是附有其他廠商電力傳輸控制器的全 自動電力傳輸管理系統。

環境與安全特性 溫度

操作狀態：0 至 +55 ° C 非操作狀態：–40 至 +70 ° C

濕度

操作狀態：在 +40 ° C 或更低溫時，相對濕度高達 95%；在 +65 ° C 時， 相對濕度高達 80% 非操作狀態：在 65 ° C 時，相對濕度高達 90%

海拔高度

操作狀態：最高 4,600 公尺（15,000 呎） 非操作狀態：4,600 公尺

安規

IEC 61010-1:2010 / EN 61010-1:2010（第 3 版）

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訂購資訊 型號

說明

N7015A

Type-C 高速測試夾具，含扳手

N7015A-016

N7016A 低速信號存取與控制夾具（購買 N7015A 時搭購可享折扣）

N7016A

Type-C 低速信號存取與控制夾具，含 USB 纜線、替換用保險絲（4 個）、及電源供應器插頭連接器

其他建議使用的探棒和配件 型號

說明

1130A

InfiniiMax 1130A 1.5 GHz 探棒放大器

E2678B

用於 InfiniiMax I/II 放大器的插座探棒頭

N2871A

200 MHz 10:1 被動式探棒

N1021-60003

1 公尺相位匹配成對 2.92 mm 纜線，2.92 mm（公頭）至 2.92 mm（公頭）

11904B

用於連接 2.4 mm（公頭）至 2.92 mm（公頭）的測試埠轉接器

11742A

直流阻絕電容器

83059B

同軸連接器保護頭轉接器，3.5 mm（母頭）至 3.5 mm（母頭）

N2787A

3D 探棒定位器

8710-1765

扭力扳手，8 磅，5/16 吋（用於將 N7015A 連接至示波器輸入）

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第八章：USB-PD 協定觸發與解碼， 適用於 Infiniium 系列示波器 包含 USB-PD 協定的輕易除錯及測試 USB Type-C 連接器的問市，同時帶來了 USB-PD 等增強功能。Type-C 連接器的 CC 線是單端、 BMC 編碼、4b/5b 信號，適用於電力傳輸（PD）協商，而 USB-PD 則負責協商功率位準、 元件類型、連接器方向、充電基礎設施，以及其他功能，如 ALT 模式。 USB-PD CC 線等串列匯流排常見於當今的電子設計。在許多設計中，串列匯流排提供內容 豐富的資料點，以用於除錯和測試。由於這些協定以串列方式傳送位元，故使用傳統的示 波器會有一些限制。為符合協定要求而以手動方式轉換擷取到的 1 和 0，十分費時又費力。 再者，傳統示波器的觸發功能並不足以用來指定協定級條件。 現在您可使用 Keysight N8837A USB-PD 協定觸發與解碼應用軟體來擴充示波器功能。此應 用軟體讓您能利用 Keysight Infiniium 示波器，輕鬆地對採用 USB-PD USB 協定的設計進行除 錯與測試。 – 只需短短 30 秒即可完成示波器設定，以顯示 USB-PD 協定解碼結果 – 提供一組豐富的整合式協定觸發功能 – 您可檢視協定級的封包，以節省時間並減少錯誤 – 透過時間關聯性圖示，針對序列協定問題快速進行疑難排除，並找出時序或信號完整 性的問題根源

迅速找到功能

圖 1：在 Setup 選單中開啟或關閉解碼功能。檢視內嵌於波形顯示畫面中或是協定檢視條列視窗中的 解碼結果。

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30 秒 USB-PD 設定

圖 2：設定您的示波器，在 30 秒內顯示協定解碼。使用 Auto Setup 功能來自動配置取樣率、記憶體深 度、臨界值和觸發位準。

USB-PD 協定觸發與搜尋 您可輕鬆使用豐富的整合式協定觸發功能。 本應用軟體包含一組可設定的協定級 USB-PD 特定觸發條件。選擇串列觸發時，本應用軟體可使用 Keysight Infiniium S 系列示波器內部特 殊的即時觸發硬體。 S 系列示波器的硬體觸發功能可確保示波器在預觸時，不會錯過任何觸發事件。該硬體可 接收利用示波器通道或數位通道所擷取的信號，並重組協定訊框，然後對照指定的協定級 觸發條件來檢查這些協定訊框，一旦符合條件便進行觸發。

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USB-PD 觸發設定

圖 3：選擇觸發已排序集合、控制封包、資料封包、或協定錯誤。

迅速找到發生的事件

圖 4：迅速移到下一個發生的指定事件。跳到下一個或前一個發生的指定事件。

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圖 5：Header 標籤會以資料簿格式來顯示封包。

圖 6：Details 標籤會將封包細分成幾個簡單易懂的文字欄位。

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擷取後搜尋

圖 7：使用與觸發完全相同的功能表，來搜尋擷取到的協定列表。

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USB-PD 協定解碼 是德科技的 USB-PD 協定檢視器包含波形與選定封包之間的關聯性。選定封包（清單中以 藍色標示的那一列）與波形顯示畫面中的藍色垂直線會產生時間關聯性。移動波形中藍色 的時間追蹤標記時，封包視窗中的藍色列將會自動移到相對應的位置。或者，您可捲動封 包檢視器並標示特定的封包，時間關聯的追蹤標記會移到波形中具有關聯性的資料點。

圖 8：利用波形與清單之間精準的時間關聯性來進行 USB-PD 協定解碼。

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使用全螢幕清單功能，將整個顯示畫面填滿精簡的協定資訊。協定檢視器視窗會在列表 中，顯示每個串列封包的索引號碼、時戳值和資料內容。您可以捲動所有解碼的串列封包， 找出想要的事件或傳輸中的錯誤。表列視窗中的資料可以存成 .csv 或 .txt 檔，以供離線分 析或製作文件使用。誤碼封包是用紅色來表示，有助於除錯。

圖 9：全螢幕 USB-PD 清單。

USB-PD 產品規格與特性 – CC 線信號源：類比通道 1、2、3 和 4 – 探量：單端式 – 自動設定：自動設定示波器，以執行正確的 USB-PD 解碼與協定觸發

訂購資訊 應用

授權類型

Infiniium V 系列和 Z 系列

Infiniium S 系列

Infiniium 90000A 系列

Infiniium 90000 X 系列

Infiniium 9000 系列

USB-PD 協定觸發 與解碼

固定

出廠時安裝

N8837A-1FP

N8837A-1FP

DSO90000-091

N8837A-1FP

N8837A-1FP

使用者自行安裝

N8837A-1FP

N8837A-1FP

N8837A-1FP

N8837A-1FP

N8837A-1FP

N8837A-1TP

N8837A-1TP

N8837A-1TP

N8837A-1TP

N8837A-1TP

浮動式 可轉移 伺服器版

N5435A-096

相關文件 文件標題

文件編號

Keysight Infiniium S 系列高解析度示波器 - 產品規格書

5991-3904EN

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第九章：USB Type-C Over USB 3.1、Thunderbolt 3 及 DisplayPort 之 Tx/Rx 實測經驗談 Francis Liu 劉宗琪 / Gary Hsiao 蕭舜謙 Keysight 是德科技 應用工程部 資深專案經理 Keysight 是目前唯一提出完整 Type-C 應用實體層解決方案，囊括 USB3.1 / DisplayPort / Thunderbolt3 的儀器廠商，以下分別就三種應用與大家分享實測經驗。

USB 3.1 USB-IF 在 USB 3.1 Gen2 的一致性測試規範雖然還未底定，但是 USB-IF 協會仍然接受會員透過協會 專屬的 USB PIL lab (USB Platform Interoperability Lab) 認證實驗室來對 Gen2 速度的產品進行認證，目 前已經有好多家台灣的晶片產品和主機板通過認證。（參考 http://www.usb.org/press） Type-C USB 3.1 目前在測試中遇到最大挑戰為 USBIF 尚未公開販售的 Type-C 治具 ( 目前僅提供 Type-A 及 Micro-B Gen2 speed 治具 )，因此在 TX/RX 測試中所需要套用的 compliance channel 若是 沒有符合 CTS 文件規範就會影響測試結果。（下圖為 Type-C CLB board, 1m cable, Type-C to Type-C board, and Mock host/Device, Rx 接收器校準連接圖）

圖 1：Type-C CLB board, 1m cable, Type-C to Type-C board, and Mock host/Device, Rx 接收器校準連接圖。

TX 測試方案部分，搭配 N7015A Type-C 治具（見圖二），Keysight 已經在示波器自動化軟體中提 供符合 CTS 文件的 compliance channel transfer function，操作手法如同 USB3.0 TX 測試，可達到與 PIL 認證實驗室相符的測試結果，另外軟體也整合 SCD1/SCD2/LBPS 及 Preshoot/De-empahsis 的測項目 （見圖三），搭配多款波形產生器，來切換所需的測試 pattern( Compliance Pattern: CP0~CP16)，可 完成自動化測試，提供高度整合性可縮短測試時間與人力配置。

圖 2：N7015A Type-C 治具。

圖 3：Keysight U7243B USB3.1 一致性測試軟體。

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在接收器 RX 測試方案的部分，必須使用協會規定的 Type-C 實體治具以及 loss channel/Type-C 纜線 （見圖四 (a)），在目前無法拿到實體治具的情況之下，使用 M8020A BERT 搭配 M8041A 內嵌可調 整式 ISI trace（見圖四 (b)），或者，外接式 M8048A ISI box（見圖四 (c)），再加上 N7015A Type-C 治具可達到符合 CTS 文件 compliance channel 規範要求，圖五為使用 N7015A 治具搭配內嵌可調整 式 ISI 、外部 ISI box 與 USBIF 官方治具量測 Jitter tolerance 的比對結果。 在 USBIF 官方治具尚未推 出前，提供客戶精準的 Pre-Compliance 量測結果，高度吻合程度可協助客戶爭取產品認證時效性

圖 4：Keysight M8020A 接收器 RX 測試方案 (a). (b). (c). 連接圖。

圖 5：使用 N7015A 治具搭配內嵌可調整式 ISI 、外部 ISI box 與 USBIF 官 方治具量測 Jitter tolerance 的比對結果。

USB 3.1 Type-C 接收器 RX 測試的訊號校正程序非常繁複，Keysight 和 BitifEye 合作開發 N5990A USB Valiframe 接收端一致性測試軟體來協助客戶解決訊號校正，連接測試，產生測試報告。（見圖六）

圖 6：Keysight 和 BitifEye 合作開發 N5990A USB Valiframe 接收端一致性測試軟體以及測試報告。

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此外，目前在業界，存在各種不同的 USB3.1 晶片，每種晶片進入返回模式（loopback mode）的鏈 路協商過程（link training）都不同，Keysight/BitiFeye 提供 USB Link Training Suite 軟體，能支援業界 所有不同的晶片，包含 Intel Alpine Ridge 晶片，都能 100% 的將測試物帶進返回模式（見圖七）

圖 7：上述 Type-C USB 3.1 測試解決方案於近期 USBIF 協會在台灣與美國舉辦的插拔會皆已進行實測，而且 Keysight V-series 示波器以及 M8020A 誤碼儀已經獲得美國 USB PIL 認證實驗室 USB 3.1 測試唯一採用，並成功 協助客戶在美國 USB PIL 認證實驗室取得 USB 3.1 認證標章。

DisplayPort Type-C 定義 Alt mode 支援 DP 訊號傳輸，在實測中最大挑戰來自如何正確設定待測物進入 Alt mode 並進行 DP aux channel 溝通完成測試。 想要設定待測物進入 Alt mode 必須要在 CC 腳位提供對應的 protocol 溝通，而這個角色需要透過 CC controller 協助，引導待測物進入 Alt mode 之後，後續測試的行為模式跟標準 DP 介面並無太大 差異。 承襲現有完整的 TX/RX 解決方案，搭配 N7015A Type-C 治具與 CC controller，可以順利把待測物帶 入 Alt mode，再透過 aux channel 控制盒，可順利完成 TX/RX 自動化測試。 而另外一個值得關注的 重點是 VESA 協會在已著手制訂新的 TX 測試手法，未來可能會把現行要求 compliance pattern 的方 式，改成使用 link training pattern 進行測試。

Thunderbolt 3 承襲 TBT1/2 測試經驗，TBT3 實體層測試仍包含 TX/RX/Return Loss 三個類別，Keysight 仍然是業界 唯一同時滿足 TX/RX/Return Loss 完整解決方案的廠商。（見圖八）

圖 8：Thunderbolt 3 的一致性測試規範所建議的 Keysight 測試設備。

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測試手法上需要 Intel 專屬測試工具控制待測物進入測試模式，送出訊號，並且設定不同傳輸速 率，以及設定 Preset 預設值。 在 TX 發射器測試所面臨的挑戰會在測試治具和示波器本身 CTLE/DFE 的模擬模型，以及 Jitter/CDR 模型計算準確度是否正確，由於 Thunderbolt 3 在實體層支援發射器和接收器的鏈路協商溝通，接 收器會去設定發射器最佳的 Preset 預設值，所以測試設備需要能夠先行尋找最佳的發射器預設 值，並且模擬正確的 CTLE/DFE 的模型（見圖九），並且在設定好代測物之後，再接著完成後續 眼圖、抖動、SSC…等測試項目。

圖 9：在示波器中可以支援 CTLE/DFE 的模型。

雖然在測試治具方面，Intel 並不會對外販售 Thunderbolt 3 測試治具，但是 Keysight 已經拿 N7015A 和 Intel Thunderbolt 3 測試治具做過詳細比對！ N7015A 在 RF 特性方面和 Intel Thunderbolt 3 測試治 具幾乎完全相同，可以滿足 Pre-Compliance 的測試需求。下圖是 N7015A 的插入損耗的表現。

圖 10：N7015A 的插入損耗的表現。

在 Receiver 接收器測試方面，大多承襲 TBT1/2 測試經驗，不同的是，誤碼儀必須先完成 Preset 預 設值的校正！必須先在 16 組預設值中選出一組 DDJ 最小的預設值，然後再做後續的眼高，RJ 抖 動，TJ 抖動… 等訊號校正，並且要注意的是，Thunderbolt 3 在做接收器測試，有 TP2 和 TP3EQ 等 兩個測試點，並且還有兩個測試速率，10.3125Gbps/20.625Gbps。整體來說 Thunderbolt 3 的測試無 論是發射器或是接收器測試方面，都非常繁複耗時，必須仰賴儀器商的測試軟體。所幸 Keysight 會在 2016 年中提供完整的測試軟體，幫助客戶完成所有測試。由於簽暑 NDA 協議關係，無法透 露太多詳細內容，如果已有 TBT3 實體層測試需求可以直接接洽 Keysight 窗口。

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第十章：USB Type-C 纜線測試概觀 與經驗談 Joe Lin 林昭彥，Keysight 是德科技 應用工程部 資深專案經理 自從 USB 協會於 2014 年公佈新一代接頭 Type-C 之後，便受到整個業界及消費者的的矚目。其輕 薄、可正反插並且與 USB 3.1 Gen2 (10 Gbps)、USB PD (Power Delivery) 高度結合，這些都是現今追求 輕薄、高速、多功能之電子產品所期待已久的特性。再加上資訊界的兩大龍頭 Apple 與 Google 的 力推，更是讓 Type-C 在短短不到兩年的時間內高速成長。新的接頭興起代表在纜線與接頭端的 全面更新，市場上出現大量的 Type-C 線材與轉接頭，但因為 Type-C 擁有比過往 USB 接頭更高速 更複雜的設計，連帶對於線材的需求相對提高不少。面對市面上參差不齊的產品，筆者將分享一 些 Type-C 在測試上的重點及經驗。 過往的 USB 接頭，從 1.1/2.0 的 4 根針腳，到 USB 3.0 的 8 根針腳，而到了 Type-C，則一口氣增加 到 24 根針腳。

扣除基本電氣訊號外，高速訊號仍有 12 根針腳。其中 2 對為 USB 2.0 專用，另外 4 對則可能用 在 USB 3.1 Gen1/2，DisplayPort，乃至 SuperMHL。由於這三種介面的速度、傳送方向等都有所不 同，亦即有各自的規範，更增添 Type-C 在測試上的複雜度。目前已經有在進行大量測試的主要 有 Type-C to Legacy Cable/Adapter，Type-C to Type-C 以及隸屬 VESA 協會制定的 Type-C to DP。USB 2.0 即有的測項如 Impedance/Skew/Delay/Attenuation 依舊存在。比較特別的是，這次 USB 協會以自製 的程式 InterPar 來計算 ILfitatNq, IMR, IXT, IRL, Differential to Common Mode-Conversion 等項目，而非過 往單純以網路分析儀之結果當認證。

從畫面中可以得知，該程式雖然支援 4 / 8 / 12 Port 之網路分析儀，但是當使用 4 port 網路分析儀 時，必須重覆接續十來次以取得足夠的 S 參數，方能輸入 InterPar 作計算。這對於量測來說，不 但速度緩慢，而且增加許多人為操作失誤的可能性。所以最佳的測試方式還是選用 12 port 的網 路分析儀。目前 Keysight 擁有模組化網路分析儀，可從 2-port 到 32 port 自由搭配，可以在一次的 完整的量測下儲存 S32P 參數，是測試 Type-C cable 的最佳選擇。

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除了以上的測試項目外，還有一項比較特殊的測試為 Shielding Effectiveness。如下圖所示，該測項 需要有個特殊的金屬管，將纜線置於其中去作量測。

以上所談論的是以 USB 協會所規範的 Type-C 纜線測試。另外關於 Type-C to DisplayPort 的部份，雖 然該類型纜線是由 VESA 協會所規範，但是其測試的方法極為類似。一樣需要多埠數的網路分析 儀，搭配 DP 版本的 InterPar 去作量測。以上所提的各式纜線測試有一個重點，基本上都只針對被 動式纜線，如果是主動式纜線的話，必須確定其在未供電情況下等同被動式纜線方可進行測試。

在搭配 12 port 網路分析儀時，由於官方 Type-C 治具屬於扇形設計，所以在測試纜線上要稍微注 意，纜線長度、接頭寬度以及柔軟度最好都能先行與治具接續看看，不當的纜線很容易造成治具 的損毀。另外，Type-C 因為具有正反插的特性，所以在接續的時候需要注意是否有接到正確的方 向，在 Keysight 的纜線測試文件裡有詳細的標示可以依循。而網路分析儀的校正也是測試上的重 點，由於連接埠數高達 12 埠，使用傳統機械式校正器不但費時，也容易產生人為的誤差，所以 還是強烈建議使用電子式的校正器，既有效率又有保障。 以筆者目前參與 USB 插拔大會的經驗，Type-C 的纜線測試規範目前持續進展中，仍有許多廠商在 測試過程中無法通過認證，可見其複雜的程度。Keysight 長期參與各大高速數位匯流排協會，不 論是晶片或是纜線的測試，都有第一手的資料，並且長期提供測試儀器。在 Keysight 的網頁上有 大量的高速數位纜線測試操作文件 (MOI)，歡迎各位使用者前往下載。

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