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USB Type-C应用逐渐普及，愈来愈多消费性产品导入此一介面。然而，要如何确保USB Type-C可实现高速连接、出色的电力管理，并确保有效的资料传输，前期的测试可说是十分重要，为此，量测业者备齐相关解决方案，以满足USB Type-C的测试需求。 USB Type-C是一种突破性的连接标准(图1)，专为更小型、更轻薄的新一代电脑和装置而设计，可因应高速资料传输、高电力传输的技术需求，并提供更高的灵活性。USB Type-C的主要目标是在装置之间建立高速连接、实现出色的电力管理，并确保有效的资料传输。
USB Type-C连接介面提供下列功能： ．支援USB 2.0和其他协定的动态电力和资料传输。 ．符合新一代和未来装置的重要介面规格。 ．具备向后相容性。 ．正反可插，方便易用。 随着USB Type-C的问世，设计和测试工程师面临了形形色色的挑战，不仅要将USB Type-C与他们的产品整合，同时还要确保其互通性与测试相容性。近来，有越来越多的USB Type-C相符性测试标准相继公布；不仅如此，使用者对资料传输速度和电力传输的需求也不断攀升，加上其他功能的推陈出新，使得整体测试作业变得极端复杂，因此工程师需仰赖精准且符合标准的测试仪器、软体和测试夹具，来确保成功的测试。 Type-C前景佳标准组织力推新规范创新的USB Type-C连接器及全新功能已吸引其他协定标准组织的注意力。Thunderbolt、 DisplayPort(DP)和行动高画质连结(MHL)等组织，已将USB Type-C当作下一代介面连接标准。USB Type-C藉由使用电力传输和交替(Alt)模式来支援交替协定。利用Alt模式，USB Type-C可在收发USB资料时，还能收发其他协定，并同时提供USB 2.0资料传输，以及更高的双向充电功能，以便支援更多种不同的装置。Alt模式可用于电力传输电路，以便收发独有的资料讯号和更多电力，因此Type-C连接也可用于许多非USB装置连接和控制。本文主要将以DisplayPort作为Alt模式的范例应用，并集中探讨相关的挑战和解决方案。 Alt 模式运作原理建立了初始的端对端USB Type-C连接后，装置会侦测缆线方向，并且确定供电端/耗电端的功用，接着USB Type-C电力传输电路便开始协商并管理所有连接装置的电力。电力传输协商让装置能够指定所需的电力，并且因应不同功能，提出调整电力的要求。在协商和发现过程中，装置可请求使用Alt模式，以满足协定的特殊需求。使用交替资料协定时，可藉由重新配置USB Type-C缆线的接脚来传输非USB资料。 Type-C连接可将八个接脚配置为四个资料通道(TX1±、RX1±、TX2±、RX2±)(图2)，这些通道可载送USB 3.1、DisplayPort讯号、或任何交替资料协定。针对这四个高速Tx/Rx通道，两个Sideband接脚(SBU1和SBU2)，以及CC1或CC2，都可用于Alt模式传输。D±接脚固定保留给USB 2.0资料传输使用，而未使用的CC1/CC2接脚则可对主动缆线供电。
使用者可透过电力传输电路，使用电压位准讯息并经由连接的配置通道(CC1/CC2)，来配置交替协定模式。Alt模式具绝佳的灵活性，可让装置藉由与电力传输CC1/CC2通道连通，来动态地重新指定USB Type-C接脚功能。举例而言，装置启动时可以是USB 3.1，然后切换到DisplayPort 1.3。 在Alt模式下，SBU线进入运作状态。表1显示用于不同Alt模式技术的SBU线功能。
USB交替协定与USB Type-C连接的搭配运用，大幅简化消费者的装置互连操作。然而，在设计、整合及验证支援交替协定、USB资料传输和动态电力传输的装置时，工程师需要更完整的特性分析及更严格的相符性测试规画。 USB Type-C Alt模式三大测试挑战设计和验证采用交替协定的USB Type-C装置时，所须执行的测试项目，远远超过验证USB Type-C相符性时所须执行的测试。主要的Alt模式测试挑战包含： ．测试并验证电力传输CC1/CC2线，以便发现并配置Alt模式协定－以DisplayPort 为例： 将DisplayPort AUX线连接到SBU1/2，并且以封包形式将热插拔侦测新增到电力传输CC1/CC2线，该封包将转为指令。由于无法轻易变更热插拔侦测封包的内容，因此，使用者很难藉由执行自动化指令来模拟并验证典型的DisplayPort设定。换言之，这类测试必须控制传递到电力传输CC1/CC2线的资讯。 ．测试Alt 模式规格： 除了USB Type-C规格之外，工程师还须验证DisplayPort、MHL或Thunderbolt等特定交替协定之测试规格。就Alt模式而言，要测试其初始化和控制是极为困难的任务，因为必须在许多不同情境下全面地测试各种初始化状态、传输、功率位准和其他动态参数。举例而言，DisplayPort规格便须针对码型、测试点、位准和预加强(Pre-emphasis)等各种不同配置进行测试。 ．测试Alt模式缆线组件－以DisplayPort为例： 在产品中同时整合USB Type-C和DisplayPort，另一方面还须确保互通性并实现测试相符性，其挑战性相当高。为了确保正确的量测，工程师必须管理阻抗值各不相同的USB Type-C(85Ω)和DisplayPort(100Ω)。另外，DisplayPort 1.3规格还新增了讯号发送率，将最大位元传输率提高到每通道8.1Gbit/s。随着资料速率提升了50%，量测时将出现更大的损耗、反射和交互干扰影响。为了确保量测不受测试环境(例如测试夹具)影响，须以更严密的方法移除夹具效应。为了在有限时间内成功测试USB Type-C和Alt模式，工程师需借助专业仪器、软体和解决方案来达成目标。 满足Alt模式/USB Type-C量测需求仪器商齐备新测试方案Alt模式与USB Type-C的结合，使得USB装置的验证和相符性测试需求倍增。如未使用Type-C 装置所需的测试仪器、测试夹具和软体，则工程师很难进行测试开发工作，尤其随着标准演进，其难度将更进一步升高。藉由使用专为这类艰巨任务而设计的产品和解决方案，工程师可节省时间和经费，并获得可靠的结果。 以是德科技(Keysight Technologies)为例，该公司旗下DisplayPort传输测试和验证解决方案使用参考同步、N7015A和N7016A测试夹具，以及电力传输控制器。这种配置先透过DisplayPort协定与装置进行通讯，然后再切换成Type-C，而待测装置可藉由设定位元速率、位准预加强等等来加以控制。此测试包括针对所有DisplayPort模式和条件，设定AUX通道控制。 同时，DisplayPort Tx验证测试解决方案内含Keysight DSO V系列Infniium即时示波器、U7232D DisplayPort相符性测试软体，以及N7015A/N7016A TPA夹具(图3)。此解决方案可对装置传送的讯号、解嵌入夹具，以及嵌入式缆线进行数学处理(图4)。其还可根据所需规格，以及适用最高位元速率的决策回馈等化器(DFE)来进行连续时间线性等化处理(CTLE)。此解决方案可撷取DisplayPort量测结果，以便用于各种不同的码型、测试点、位准和预加强配置。这套灵活的软体让使用者能在除错模式下变更参数值。一旦定义了测试之后，便可自动轮流在各种情境下进行测试。 | | 图3 是德科技Alt 模式(DisplayPort)传输测试解决方案。 |
| | 图4 是德科技的DP发射器测试解决方案可对装置传送的讯号、解嵌入夹具，以及嵌入式缆线进行数学处理。 |
此外，于进行ALT模式量测时，易遇到管理不同的阻抗环境之状况。首要挑战在于管理USB Type-C的85Ω和DisplayPort的100Ω等不同阻抗环境。在非50Ω环境中进行要量测和校验可能十分困难或难以掌控。因此，应在50Ω环境中完成量测和校验(使用传统的校验套件和技术)，而且结果需重新进行正规化，以得到想要的阻抗值。以是德科技为例，该公司旗下Keysight E5071C ENA选项TDR的连接埠参考阻抗转换功能，可用来将USB Type-C连接埠重新正规化至85Ω。 提升量测良率移除测试夹具效应不可少 测试夹具须用来将测试设备连接到缆线组件。在8.1Gbit/s资料速率下，移除夹具效应颇为重要，如此方能确保充足的良率。建议采用「2x thru解嵌入」法。执行2x thru解嵌入时，可利用电子校验(Ecal)模组进行完整校验，以便在测试缆线末端建立校验参考平面。接着，请解嵌入夹具导线的S参数，使参考平面延伸到USB连接器的边缘，以便有效移除量测中的测试夹具效应。 此解嵌入法的关键在于夹具导线的S参数品质，建议采用自动测试夹具移除(AFR)功能来获得这些S参数；而是德科技旗下Keysight N1930B实体层测试系统(PLTS)软体便提供这项AFR功能，使用者可以透过简易的三步骤程序来获得较为准确的S参数。 综上所述，进行USB Type-C交替模式的相符性测试时，工程师需对每一个装置进行各式各样的测试。藉由使用最佳的仪器、测试夹具和软体，便可从容地因应大量的测试，同时还可简化测试配置、让讯号产生和量测结果更为准确，并且在可能的情况下，将测试自动化，以得到稳定可靠的结果并缩短整体测试时间。 (本文作者任职于是德科技)
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