剖析线缆与连接器技术标准 掌握认证测试要点

  有鉴于线缆与连接器会因为高频信号、机械特性、电气性能以及环境变化等因素影响其性能，开发商需一套完整的测试认证计划与专业实验室的协助与咨询，才能确定保证产品符合质量条件、完美展现功能需求。在此篇认证技术文章中，百佳泰专家将深入浅出介绍不一样的规格的USB在认证上的重点，并针对SAS 4.0、PCIe最新规范接口的OCuLink、及光纤线缆AOC(Active Optical Cable)等不同接口的产品，简单扼要解释其特点。此外，我们也会对电气测试(Electrical Test)、机械测试(Mechanical Test)、及环境测试(Environmental Test)所需要的仪器和测试内容做一些基本的介绍。

  依照USB协会(USB-IF)的规范，USB 2.0的测试流程，分为八种测试类别(group)。根据线缆与连接器的不一样的产品性质做为区分，依序接受电气性能、机械特性、及环境变化的缜密测试。而电气测试、机械测试、及环境测试又各自包含了许多不同的子测项。因此，受测产品会接受从数十小时到长达数百小时不等的测试。针对系统业者来说， USB 2.0连接器得接受数百小时的环境测试，内容包含温度寿命试验、混合气体腐蚀试验、热冲击试验、及湿度试验。至于USB 2.0线缆(Cable assembly)，因为不需环境部份的测试，因此整体测试时间会相对地较短。

  USB 3.0，又号称为Super Speed USB，速度最高能支持5Gbps，因此测试项目较多。至于USB 3.0的线缆不用接受环境测试，所以认证测试时间上相对来说不会那么久。在认证规范上，并不是所有的两端有连接器配备的线缆就可以称作为USB线缆，USB协会对此有严格的规定，唯有USB协会制定的连接器样式才能被视为USB 连接器。也唯有USB协会认可的线缆类别才可以送测取得认证及Test ID(TID)。不过如果厂商的产品是属于标准外规格的话，百佳泰的客制化服务团队也将协助客户与协会进行讨论与争取能获得协会允许进行产品认证。

  根据协会规定，任何一个类别的测项失败的话，该类别的全部测项得重新测试，这不仅有出货时间与金钱成本上的压力，要如何察觉缺陷的症结，更是厂商最在意的事。因此，拥有一个让人信服的验证测试伙伴是一件很重要的事。

  USB 3.1被称为USB 3.0的次世代，拥有高达10Gbps的传输速度，并能向下兼容于2.0与3.0。因为其高速关系，在连接器铁壳上正反两面共加了四个grounding spring，来抑制EMI与RFI的问题。表一为USB 3.0 与3.1线缆的规格需求比较

  从表一能够正常的看到USB 3.1裸线裸线缆在线材特性阻抗试验(Characteristic Impedance Test)和传递衰减试验(Insertion Loss Test)测项上有明显的差别，显示为更为严格。而不仅是在线相关的线缆配件、和连接器的测试规范都较为严谨。

  现阶段的SAS支持12Gb/s，预计到2016年会变成24Gb/s，而现有的界面将会改版，会有全新的设计。因为带宽加大的关系，其差分对(Differential Pair)也会加多，从原本的四对变成八对。除了高频特性改变之外，原本的机构特性、环境特性还是会和SAS 3.0一样。协会预计2016年前会正式公布详细规格。

  号称下一代线缆/连接器的AOC，较铜线轻薄，因为其光纤的特性可以克服铜线的长度限制。AOC并不会因为线缆长度的增加而影响其性能表现(performance)，例如：200米的HDMI光纤线米的HDMI光纤线缆，其性能表现依旧是一样的。光纤所费比铜线高昂，但是并不是贵在线缆的本身，而是两端的光电组件和IC。

  由下表三的眼图(Eye Diagram)分析能够正常的看到，铜线会随着线缆长度的增加，出现信号传输衰竭的现象;而光纤线m，其性能表现并不可能会受到影响。然而，即使光纤线缆能够支持长米数应用，协会也看好未来趋势将会取代长米数的铜线线缆外部运用，不过因为光纤现存技术上较不能搭配在系统内部的折弯与挠曲等配置，所以尚无法在内部线上做广泛的运用，所以铜线线缆并不会被完全取代，将与之一起并存在市场之上。

  我们以环境测试作为举例：一项产品的效能、稳定度与整体质量可能受到诸多外因的影响，像是温度、湿度、高度、机械冲击与震动等等，对许多制造厂商而言，要掌握产品在不同情境下的真实表现与容限更是非常棘手的难题。因此，厂商要专业的实验室及设备仪器，能够完整重现这一些产品在真实世界中可能遭遇的种种状况，并点出问题风险所在。

  而上述的五个重点测试项目中，“情境模拟测试”是属于综合其他三种项目的混合型测试。现实环境总是复杂且残酷的，为了要确保厂商的产品质量贴近于真实世界，我们设计了一些情境测试，模拟真实的环境状况，进行电气、机械和环境测试。如图二所示，上山下海的汽车比一般的消费型电子科技类产品更会接触到不同的极端使用环境，因此车机里面的线缆需要接受一系列包含：温度、湿度、高度、震动、机械冲击等较为严苛的试验，才能忠实呈现在不同使用情境之下时，产品的质量是不是能维持效能表现，以免日后产品产生问题会有更高的回收成本与客诉问题。

  不同线缆与连接器有不同的特性，需要完整的高阶测试仪器与环境，诸如端子强度测试仪、线缆摇摆测试器、震荡测试仪、X光测试仪、焊锡性测试仪器、温变冲击试验机、耐压测试仪、蒸气老化与盐水喷洒测试仪等，才能提升测试效率并完整验证产品的质量。