USB Type-C是一種突破性的連接標準(圖1)，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。
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| 圖1 USB Type-C接腳示意圖 |
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。
．符合新一代和未來裝置的重要介面規格。
．具備向後相容性。
．正反可插，方便易用。
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前景佳 標準組織力推新規範
創新的USB Type-C連接器及全新功能已吸引其他協定標準組織的注意力。Thunderbolt、 DisplayPort(DP)和行動高畫質連結(MHL)等組織，已將USB Type-C當作下一代介面連接標準。USB Type-C藉由使用電力傳輸和交替(Alt)模式來支援交替協定。利用Alt模式，USB Type-C可在收發USB資料時，還能收發其他協定，並同時提供USB 2.0資料傳輸，以及更高的雙向充電功能，以便支援更多種不同的裝置。Alt模式可用於電力傳輸電路，以便收發獨有的資料訊號和更多電力，因此Type-C連接也可用於許多非USB裝置連接和控制。本文主要將以DisplayPort作為Alt模式的範例應用，並集中探討相關的挑戰和解決方案。
Alt 模式運作原理
建立了初始的端對端USB Type-C連接後，裝置會偵測纜線方向，並且確定供電端/耗電端的功用，接著USB Type-C電力傳輸電路便開始協商並管理所有連接裝置的電力。電力傳輸協商讓裝置能夠指定所需的電力，並且因應不同功能，提出調整電力的要求。在協商和發現過程中，裝置可請求使用Alt模式，以滿足協定的特殊需求。使用交替資料協定時，可藉由重新配置USB Type-C纜線的接腳來傳輸非USB資料。
Type-C連接可將八個接腳配置為四個資料通道(TX1±、RX1±、TX2±、RX2±)(圖2)，這些通道可載送USB 3.1、DisplayPort訊號、或任何交替資料協定。針對這四個高速Tx/Rx通道，兩個Sideband接腳(SBU1和SBU2)，以及CC1或CC2，都可用於Alt模式傳輸。D±接腳固定保留給USB 2.0資料傳輸使用，而未使用的CC1/CC2接腳則可對主動纜線供電。
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| 圖2 USB Type-C功率特性。 |
使用者可透過電力傳輸電路，使用電壓位準訊息並經由連接的配置通道(CC1/CC2)，來配置交替協定模式。Alt模式具絕佳的靈活性，可讓裝置藉由與電力傳輸CC1/CC2通道連通，來動態地重新指定USB Type-C接腳功能。舉例而言，裝置啟動時可以是USB 3.1，然後切換到 DisplayPort 1.3。
在Alt模式下，SBU線進入運作狀態。表1顯示用於不同Alt模式技術的SBU線功能。
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USB交替協定與USB Type-C連接的搭配運用，大幅簡化消費者的裝置互連操作。然而，在設計、整合及驗證支援交替協定、USB資料傳輸和動態電力傳輸的裝置時，工程師需要更完整的特性分析及更嚴格的相符性測試規畫。
USB Type-C Alt模式三大測試挑戰
設計和驗證採用交替協定的USB Type-C裝置時，所須執行的測試項目，遠遠超過驗證USB Type-C相符性時所須執行的測試。主要的Alt模式測試挑戰包含：
．測試並驗證電力傳輸CC1/CC2線，以便發現並 配置Alt模式協定－以DisplayPort 為例：
將DisplayPort AUX線連接到SBU1/2，並且以封包形式將熱插拔偵測新增到電力傳輸CC1/CC2線，該封包將轉為指令。由於無法輕易變更熱插拔偵測封包的內容，因此，使用者很難藉由執行自動化指令來模擬並驗證典型的DisplayPort設定。換言之，這類測試必須控制傳遞到電力傳輸CC1/CC2線的資訊。
．測試 Alt 模式規格：
除了USB Type-C規格之外，工程師還須驗證 DisplayPort、MHL或Thunderbolt等特定交替協定之測試規格。就Alt模式而言，要測試其初始化和控制是極為困難的任務，因為必須在許多不同情境下全面地測試各種初始化狀態、傳輸、功率位準和其他動態參數。舉例而言，DisplayPort規格便須針對碼型、測試點、位準和預加強(Pre-emphasis)等各種不同配置進行測試。
．測試Alt模式纜線組件－以DisplayPort為例：
在產品中同時整合USB Type-C和 DisplayPort，另一方面還須確保互通性並實現測試相符性，其挑戰性相當高。為了確保正確的量測，工程師必須管理阻抗值各不相同的USB Type-C(85Ω)和DisplayPort(100Ω)。另外，DisplayPort 1.3規格還新增了訊號發送率，將最大位元傳輸率提高到每通道8.1Gbit/s。隨著資料速率提升了50%，量測時將出現更大的損耗、反射和交互干擾影響。為了確保量測不受測試環境(例如測試夾具)影響，須以更嚴密的方法移除夾具效應。為了在有限時間內成功測試USB Type-C和Alt模式，工程師需藉助專業儀器、軟體和解決方案來達成目標。
滿足Alt模式/USB Type-C量測需求儀器商齊備新測試方案
Alt模式與USB Type-C的結合，使得USB裝置的驗證和相符性測試需求倍增。如未使用Type-C 裝置所需的測試儀器、測試夾具和軟體，則工程師很難進行測試開發工作，尤其隨著標準演進，其難度將更進一步升高。藉由使用專為這類艱鉅任務而設計的產品和解決方案，工程師可節省時間和經費，並獲得可靠的結果。
以是德科技(Keysight Technologies)為例，該公司旗下DisplayPort傳輸測試和驗證解決方案使用參考同步、N7015A和N7016A測試夾具，以及電力傳輸控制器。這種配置先透過DisplayPort協定與裝置進行通訊，然後再切換成Type-C，而待測裝置可藉由設定位元速率、位準預加強等等來加以控制。此測試包括針對所有DisplayPort模式和條件，設定AUX通道控制。
同時，DisplayPort Tx驗證測試解決方案內含Keysight DSO V系列Infniium即時示波器、U7232D DisplayPort相符性測試軟體，以及N7015A/N7016A TPA夾具(圖3)。此解決方案可對裝置傳送的訊號、解嵌入夾具，以及嵌入式纜線進行數學處理(圖4)。其還可根據所需規格，以及適用最高位元速率的決策回饋等化器(DFE)來進行連續時間線性等化處理(CTLE)。此解決方案可擷取DisplayPort量測結果，以便用於各種不同的碼型、測試點、位準和預加強配置。這套靈活的軟體讓使用者能在除錯模式下變更參數值。一旦定義了測試之後，便可自動輪流在各種情境下進行測試。
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| 圖3 是德科技Alt 模式(DisplayPort)傳輸測試解決方案。 |
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| 圖4 是德科技的DP發射器測試解決方案可對裝置傳送的訊號、解嵌入夾具，以及嵌入式纜線進行數學處理。 |
此外，於進行ALT模式量測時，易遇到管理不同的阻抗環境之狀況。首要挑戰在於管理USB Type-C的85Ω和DisplayPort的100Ω等不同阻抗環境。在非50Ω環境中進行要量測和校驗可能十分困難或難以掌控。因此，應在50Ω環境中完成量測和校驗(使用傳統的校驗套件和技術)，而且結果需重新進行正規化，以得到想要的阻抗值。以是德科技為例，該公司旗下Keysight E5071C ENA選項TDR的連接埠參考阻抗轉換功能，可用來將USB Type-C連接埠重新正規化至85Ω。
提升量測良率 移除測試夾具效應不可少
測試夾具須用來將測試設備連接到纜線組件。在 8.1Gbit/s資料速率下，移除夾具效應頗為重要，如此方能確保充足的良率。建議採用「2x thru解嵌入」法。執行2x thru解嵌入時，可利用電子校驗(Ecal)模組進行完整校驗，以便在測試纜線末端建立校驗參考平面。接著，請解嵌入夾具導線的S參數，使參考平面延伸到USB連接器的邊緣，以便有效移除量測中的測試夾具效應。
此解嵌入法的關鍵在於夾具導線的S參數品質，建議採用自動測試夾具移除(AFR)功能來獲得這些S參數；而是德科技旗下Keysight N1930B實體層測試系統(PLTS)軟體便提供這項AFR功能，使用者可以透過簡易的三步驟程序來獲得較為準確的S參數。
綜上所述，進行USB Type-C交替模式的相符性測試時，工程師需對每一個裝置進行各式各樣的測試。藉由使用最佳的儀器、測試夾具和軟體，便可從容地因應大量的測試，同時還可簡化測試配置、讓訊號產生和量測結果更為準確，並且在可能的情況下，將測試自動化，以得到穩定可靠的結果並縮短整體測試時間。
