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USB 3.2

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供電/高速傳輸面面俱到 Type-C雙向席捲新應用場域

事實上,在USB出現以前,就已經存在各種不同的連接技術,分別針對特定的產品應用,發揮獨特的優勢。相關的拓撲涵蓋了各種形態、規格與腳位組態的序列與平行匯流排,如此一來,就無法使用單純而統一的方式連接多重裝置,無法實現「隨插即用」。個別的接頭則採用了各自的通訊協定,每種協定也分別化為不同的實體介面,導致各種周邊裝置大致依據介面分別劃分的情況。 USB在1996年問世之後,實體介面終於邁向標準化,這得歸功於通用接頭的設計以及第一款真正實現「隨插即用」體驗的強大驅動程式。如此一來,同時使用多重周邊裝置更為容易,更能確保迅速而優異的資料傳輸速度,這樣的成就不僅卓著,更開創了USB介面的後續發展與無限可能。 多媒體裝置也好,儲存解決方案也罷,有了這種新技術,才能簡單輕鬆地連接至個人電腦,大量資料檔案的傳輸也不再曠日費時。值得注意的是,在相關規格持續演進的過程裡,USB技術的指導委員會強烈主張向後相容性不容妥協,確保了這種規格長期成為業界主流以及較具吸引力的選擇。 Type-C供電/傳輸兼顧 USB支援供電的能力幾乎與資料傳輸能力同等重要。表1反映了USB Type-C充電裝置的充電能力。而USB連線供電已經成為目前最普遍的攜帶式裝置充電方式,因此移往USB Type-C接頭之後,這種方式勢必更加根深蒂固。 表1 USB TYPE-C供電選項 藉由USB接頭的標準化,製造商就能透過單一連線,同時滿足資料傳輸與電力供給的兩大需求,同時消費者所選購及使用的變壓器也得以邁向標準化。智慧型手機製造商固然花費了許多年的時間才達成共識,確保USB介面的供電與充電成為主流,可以預期的是,產業整體也會非常樂意接受USB Type-C接頭的新規格。 這當中的主因確實是更優越的資料傳輸能力,但更高的供電功率同樣也是相當重要的考量。 在USB Type-C接頭問世之後,USB的現有地位幾乎取代了消費電子產品領域的其他各種介面。 它能以一條連接線同時支援了裝置供電、原始資料以及HDMI、DisplayPort等多媒體介面,這項特質自然成為USB普及於所有家庭以及各種裝置的最大功臣(圖1)。 圖1 USB TYPE-C支援資料、供電以及影片等多領域 USB Type-C介面已能支援DisplayPort 1.4(速度高達8.1Gbps)及HDMI 2.0(速度6Gbps)等規格,這意謂著USB 3.2的連線可以針對種類繁多的多媒體裝置同時提供電力以及資料傳輸,相關裝置包括機上盒、數位投影機,乃至於筆記型電腦等。 人們已經看到了部分的筆記型電腦僅提供USB Type-C介面,這點大幅簡化了纜線需求,但同時也造就出各種USB擴充基座在短期、中期內的市場需求,據此繼續支援舊款裝置。 USB 3.2 Gen2的SuperSpeed Plus USB運作速度高達10Gbps,推出後將可確保USB介面繼續主導包括虛擬實境(VR)在內的新興產品應用。這點大幅簡化了原有的VR體驗,只需一條資料線,就能取代影像、電源和資料的多重連線。 USB 3.2資料速率更高,能促使高解析度內容在電腦與耳機之間快速傳輸或串流,同時也能針對垂直消費者以外的其他產品應用締造價值,例如汽車市場的工業機器視覺及成像。 許多圖形應用,例如電玩遊戲、VR、機器視覺、醫學影像、汽車及自動化交通工具等,都需要更高的頻寬來傳輸影像內容。 這指的經常是USB Type-C第1代以及USB Type-C第2代之間最關鍵的差異,也就是速度。 第1代支援5Gbps的傳輸速度;至於第2代的速度則加倍提升至10Gbps。Gen1和Gen2都能透過USB Type-C介面支援高達100W的供電。 以Type-C實現安全供電 若能透過資料傳輸線材直接提供這種等級的電力,就能在大多數的筆記型電腦上直接省略專用的電源孔,此外也能針對新的USB產品應用開展出更多可能性。舉例來說,這項功能可以擴大應用於住家自動化,也能用於電力需求更高的各種工業應用。 這種等級的供電十分強大,因此近期USB開發者論壇正朝向USB充電裝置認證的方向努力規畫設想,令人感到非常欣慰。如圖2的標誌就是從這裡衍生出來的,用以標示充電器供電能力的輸出瓦數。而處理供電的其實是USB Type-C接頭上的專用傳輸通道,使用了訊息通訊協定,允許個別裝置互相協調所需的電力以及流動方向。這些機制也是為了打擊市場中的仿冒充電裝置可能帶來的威脅,並且針對侵權者盡力檢舉。 圖2 具USB認證的充電標 Type-C實作考量 藉由USB Type-C規格實作USB 3.2新功能,勢必將為研發人員帶來額外的設計挑戰。 舉例來說,兩項裝置連接之際,必須設法判定哪一方是主機、哪一方是裝置,在特定的情況下,也會遇到雙方同時支援雙重角色模式的可能性,兩邊都能分別扮演主機或外接裝置。舉例來說,平板電腦對於隨身碟來說可以扮演主機的角色,相對於個人電腦則可以作為外接裝置。 相關的協調與聯絡,則取決於連線本身是否僅支援資料傳輸,或同時支援資料以及替代模式,例如影像等。同時這當中也包含了供電需求,例如主機/裝置究竟是需要接受供電還是負責支援供電。 其他的考量則包括了資訊交換,藉此確認需要或支援什麼樣的資料速度,以及主機/裝置是否相容於Gen1或Gen2規格等等。此外,尚須一併考量連線的組態設定,畢竟USB Type-C接頭的設計不論是正面或是反面都能插入插槽,沒有所謂的插對了或者插反了。 為了克服這個問題,通常會另外使用多路裝置翻轉連線,如欲同時支援資料與影像傳輸,就需要包含交叉切換器(Crossbar...
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分析USB認證測試(上) USB3.2資料傳輸測項一網打盡

另外,由於Type-C接頭有兩組資料傳輸通道,故USB-IF於2017年推出USB3.2規範,利用兩組資料傳輸針腳(Pin)的優點,可以同時以10Gbps來傳輸資料,達到雙通道最高20Gbps的傳輸速度,也讓USB不論在使用性以及便利性都更加提升。 有鑑於近幾年來USB技術的測試,因為USB Type-C&Power Delivery的加入而趨於複雜,筆者於2011年開始接觸USB-IF認證測試範疇,趁此次機會將相關測項做整理與分析,讓想了解USB技術認證的讀者,或是有USB相關產品、想執行USB-IF認證但卻不得其門而入的公司,能藉此文章有一個大概的方向與輪廓。 本文會將USB-IF認證測試分為上下兩篇文章介紹:上篇介紹USB資料傳輸,說明USB3.2實體層(Physical Layer)相關測項;下篇則為Type-C&Power Delivery,介紹Power Delivery實體層的認證項目。接下來就進入主題,讓我們一起沉浸於USB-IF的認證世界。 USB3.2實體層(Physical Layer)相關測項解說 USB3.2於2017年推出,其主要架構來自於2008年的USB3.0以及2013年推出的USB3.1。在規範中USB3.2由下面三個層面組成,因此認證性測試也針對這三個層面來做驗證(圖1): 圖1 USB3.2認證三層面 1. 實體層(Physical Layer) 2. 連接層(Link Layer) 3. 協定層(Protocol Layer) 在實體層方面,由於USB3.2同時支援Gen1的5Gbps以及Gen2的10Gbps(都以單通道來看),故測試方面也分為這兩部份,測項分別列出如下: .TD.1.1 Low Frequency Periodic Signaling TX Test .TD.1.2 Low Frequency Periodic Signaling RX...
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安立知高速介面技術趨勢研討會於12月隆重登場

Anritsu安立知主辦的「高速介面技術趨勢研討會」於2018年12月在新竹及台北舉行,會中將安排豐富實用的課程內容搭配現場實機展示交流,一同體驗高效能的高速傳輸量測解決方案。 雲端應用普及,人們開始用照片影音記錄生活。結合5G行動網路、IoT互聯網、8K超高清影像顯示技術等相關科技日漸深入大眾日常生活,隨之而來的傳輸需求正強力帶動著高速介面發展。 高速資料中心需要更快速的介面來因應海量資料處理,400GE與PCI-e Gen4/5完美配合,使Data Center資料處理能力大幅升級;而Ethernet訊號調變格式轉向PAM4,訊號傳輸接收將會面臨什麼樣的挑戰?PCIe、USB等各種新型態的Link Training及LinkEQ測試方式簡化測試流程,是否可以使產品驗證更有效率的進行?新興VR應用的興起,且看Type-C介面如何應對? 由安立知主辦的「高速介面技術趨勢研討會」,特別邀請技流科技有限公司(GRL)及特勵達科技股份有限公司(Teledyne LeCroy)與會,共同從雲端需求探討高速傳輸 I/O 市場趨勢,會中並針對其規格與未來的測試挑戰進行介紹,深入剖析高速訊號在時域及頻域所將面臨的訊號完整性問題。
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