USB Type-C 規格與測試要點

USB的全名為Universal Serial Bus， 最初是由英特爾與微軟公司倡導發起，其最大的特點是支持熱插拔（Hot plug）和即插即用（Plug&Play；PnP）。當裝置插入時，主機端尋找到此裝置並載入所需的驅動程序，因此使用上遠比其他匯流排方便。

USB 速度比並列埠（Parallel Port）與串列埠（Serial Port，如 RS-232）等傳統電腦用標準匯流排快上許多。原標準中USB 1.1 的最大傳輸頻寬為 12Mbps，USB 2.0 的最大傳輸頻寬為 480Mbps。2008年推出的USB 3.0更從480Mbps提升到4.8Gbps以上。近期發表了USB 3.1的最大傳輸頻寬更是USB 3.0的兩倍高達10Gbps。請參閱表1為USB發展歷史。

號稱介面之王的USB，已經在電子業界立下無法取代的地位。相信沒有人可以準確的說出全世界有存在少的USB連接埠。分析師說，估計每年至少有超過20億個擁有USB連接埠的裝置出貨，這個數字可以說是相當驚人的數量。

回顧USB的發展史，USB 1.0規範於1996年剛確立時，可是難以吸引週邊與裝置製造商的青睞，因為USB 1.0規範只定義了1.5 Mbps的傳輸速度，在資料通信上難以實現使用者所需要的效率。而在當時的Fast SCSI，已經能支援到10 Mbps的範圍。然而甚至當時另一火紅IEEE 1394a的傳輸界面（蘋果電腦稱為Firewire），傳輸速度也高達400 Mbps。為了提昇競爭力，英特爾於是在2000年的時候推出USB 2.0 HS（High Speed），傳輸高達480 Mbps。

USB在2008年公佈了USB 3.0的規範，傳輸速度高達5 Gbps。到了USB 3.0的時代，被稱為SS（Super Speed）。從推出至今，USB 3.0已經成為最普及的主流介面，充分的運用各式外接市場上，如：外接式硬碟機、固態硬碟（SSD）、DVD播放器…等。

面對其他高速介面的挑戰，USB到了2013年也推出USB 3.1新規格，支援高達10 Gbps的傳輸速度，並更名為USB 3.1 Super Speed Gen 2，而原本支援 5 Gbps的USB 3.0則稱為USB 3.1 Super Speed Gen 1。

Type-C規格於2014年8月公告，雖然被包含在USB 3.1的規格裏，但是其實Type-C仍然有USB 2.0的規格。下列為Type C四大特點：

1. 較小的尺寸：在尺寸上與現有USB 2.0 Mirco-B相似。

2. 電源充電：Type-C將支援更高的電源充電能力。

3. 可擴展性：Type-C的設計將支援未來USB的性能。

4. 可用性：支援正反面都可插入，使用者將不再需要分辨正反面，更容易將接口插入。

Type C最終版的尺寸約8.4mm x 2.6mm，比USB 2.0的Micro-B稍大。其充電能力本身支援到15W，同時也支援USB Power Delivery規格，最高將支援到100W的供電能力。在傳輸速度上，除了支援現有USB 3.1 Super Speed Gen 2的10 Gbps之外，也預期將能支援到後續更高的傳輸速度（如USB 4）。使用上支援正反可插（如蘋果電腦的Lightning介面），更可擴大適用於平板電腦、智慧型手機等輕薄型行動載具，因此格外受到市場期待。

Type-C的連接器設計，與以往的USB連接器有很大不同，採用了上下排同時存在端子的型式。板端的連接器（Receptacle）只有唯一的一種型式，為24支端子的設計。在板端連接器的界面上，則有Vertical、Right Angel、Mid-Mount等形式。端子腳的形式也分別有Dual-Row SMT、Hybrid等形式。而在線端的連接器（Plug）則有兩種設計，分別為支援高傳輸速度的Full Featured版本與USB 2.0版本兩種。由於Type-C為上下排端子設計，因為在線纜加工上，必須在Plug尾端進行Paddle Card連接，芯線才加工在Paddle Card上。同時協會也定義了，若Type-C線纜要支援3A以上的供電能力時，必須有USB Type-C Electronically Marked來註記。在線纜規格的部份，主要有下列三大項：

1. 標準Type-C線纜

2. 傳統USB線纜

3. 傳統USB轉換器

標準Type-C線纜中，有USB Full Featured Type-C線纜與USB 2.0 Type-C線纜兩種規格。

傳統USB線纜中，有分USB 3.1與USB 2.0兩種規格。USB 3.1規格中定義了：USB Type-C to USB 3.1 A線纜、USB Type-C to USB 3.1 B線纜、USB Type-C to USB 3.1 Micro-B線纜等3款。USB 2.0規格裏頭定義了：USB Type-C to USB 2.0 A線纜、USB Type-C to USB 2.0 B線纜、USB Type-C to USB 2.0 Mini-B線纜、USB Type-C to USB 2.0 Micro-B線纜等4款。

傳統USB轉換器中，有USB Type-C to USB 3.1 Receptacle轉換器與USB Type-C to USB 2.0 Micro-B Receptacle轉換器兩種。

圖1：Type-C Plug外形（圖來自Type-C 1.0規格）

在測試規格上，Type-C的測試有下列幾項主要的要求：

1. 機構測試：Type-C主流為使用在手持裝置上，所以與USB Micro-B一樣，耐插拔1萬次的高壽命。插入力與拔出大也與原始USB其他Type有所不同，Type-C的插拔力為5~20N，拔出力為8~20N。同時必須進行線纜彎曲試驗與線纜拔出試驗，如Micro-B一樣，Type-C也必須進行4軸向測試。

2. 電氣測試：在低階額定電阻（LLCR）的測試上也有改變，初始值從原本的30mΩ變成40mΩ。除此之外，Type-C必須進電流溫昇測試，在Vbus端子給予5A的電流，且在Vconn端子給予1.25A的電流，溫度的變化量不能超過30ºC。

3. 環境測試：與USB 3.0要求相同，遵照EIA 364-1000.01規範連行環境測試。

4. 電鍍要求：與USB 3.0要求相同。

5. 高頻測試：Type-C的規範與以往USB規範最大不同處，在於Type-C針對板端連接器也定義出一連串的高頻測試要求，Type-C板端連接器與標準Type-C線纜高頻測試要求如表2（傳統USB線纜的測試要求則不同）。

表2：Type-C板端連接器與標準Type-C線纜高頻測試要求

上述的高頻測試完成後，還有5項參數必須透過USB協會所公告的公式進行換算，才能得知此Type-C線纜是否符合協會的要求：

1. ILfitatNq（Insertion Loss fit at Nyquist frequency）

2. IMR（Integrated Multi-Reflection）

3. INEXT（Integrated Near-end Crosstalk）

4. IFEXT（Integrated Far-end Crosstalk）

5. IRL（Integrated Return Loss）

有鑑於各測項上皆涉及精密的高頻訊號、機械特性、電氣性能以及環境變化等類別的測試與驗證，廠商在認證測試時亟需專業實驗室的協助與諮詢。協會正式授權的實驗室能夠提供專業的技術支援及設備儀器，以完整重現這些產品在真實世界中可能遭遇的種種狀況，並點出問題風險所在，確保產品符合品質條件、完美展現功能需求。

因為USB 3.1開始要求到10 Gbps的傳輸速度，所以在線材屏敝（Shielding Effectiveness Requirements）問題上也格外受到重視。線材屏敝的好壞將影響到EMI與RFI，所以USB協會針對線材屏敝的測試也定義了嚴謹的測試要求，如圖5所示為線材屏蔽設測環境：

圖2：線材屏蔽設測環境（圖來自Type-C 1.0規格）

Type-C的後續發展

Type-C的發展始終受到業界觀注，歐盟也將在2017年統一所有手機充電器的規格，並要求在手持裝置上的連接器必須一致。目前充電介面還未採用USB規格的蘋果陣營，格外受到關注，而這就是為何市場分析師預期Type-C將能在iOS與Android兩大陣營的大力支持下，加速切換的腳步，啟動新一代USB介面規格世代交替潮。

另一個Type-C連接器的主要目標，是希望能取代現有的USB 2.0 Micro-B連接器，做為各式行動裝置的標準傳輸線規格。過去USB 2.0 Micro-B連接器，被許多智慧型手機等行動裝置採用，但到了USB 3.0時代，雖然傳輸速度大幅提昇，但礙於USB 3.0 Micro-B連接器的寬度超過USB 2.0的兩倍，對於輕薄化訴求高的智慧型手機而言太寬，因此少有智慧型手機大廠採用USB 3.0 Micro-B連接器。USB協會希望能透過推出新一代Type-C連接器，來統一行動裝置的傳輸線規格。期望Type-C能成為所有裝置在資料、電力、影音傳輸上都可通用的唯一介面標準。

唯一可惜之處是，USB Type-C與現行USB連接埠並不相容，若是在舊有的手機或是電腦上使用，得配上轉換器才可使用。目前在市場上尚未出現已搭配USB 3.1連接埠的裝置，但按照以往USB規格普及的速度，相信不久的未來，消費者們就可以見識並體驗到USB Type-C帶來的便利。