Type-C线缆检测的技术难点及解决措施

2020-09-15

Type-C线缆检测的技术难点及解决措施

USB协会规定了一系列指标参数作为判定Type-C性能好坏的标准。只有通过这些指标参数的测试,获得USB-IF的认证,才是被USB-IF承认的产品并可以使用USB商标,而这些指标参数同时也是Type-C线缆的技术难点。

Type-C线缆检测的技术难点及解决措施

一、技术难点

1.阻抗问题

USB标准中一直以来都对USB D+/D-信号对做差分阻抗的要求,阻值在75Ω~105Ω,但是测试条件在Type-C的测试标准中更加严格。这个被加严的地方反应在线缆的物理结构上面,正是连接器的加工位置,很难管控。这就是Type-C线缆的技术难点之一。

2.低频串扰问题与高频信号参数问题

Type-C的线缆结构较为复杂,图3为全功能线缆剖面图。对比USB 3.0的线缆,除增加了高速传输以外,还增加4根电子线,考虑到电子线对低频信号产品的干扰,Type-C的线缆还增加了电子线间的低频串扰测试,是过去USB技术中没有定义的指标参数。

高频信号参数部分,与以往的测试方法也有了很大差异,在USB 3.0的测试标准中,只是通过测试基本参数便可以直接得出测试结果,哪一项测试不合格一目了然,再针对不合格的项目进行整改,而Type-C线缆的测试则是测试各基本参数后通过Intel软件转换成SI(Signal Integrity)参数,一个SI参数可能由几个基本参数影响,当出现一个SI参数测试不合格就要通过改善几个基本参数才能解决问题。信号部分的处理则是Type-C线缆的技术难点之二。

二、解决方法

1.阻抗问题的解决方法

改善此问题的本质就是阻抗匹配的问题,使Type-C线缆信号的传输尽量均匀,减小发生变化的区域,标准上建议线材的阻抗在90±5Ω,考虑到加工区会将整体的阻抗曲线拉低,所以尽量提高线材部分的阻抗,可做到超上限100Ω,Type-C连接器阻抗尽量跟线材阻抗接近,但是由于PCBA(印刷电路板组件)的结构限定,很难做到100Ω。经大量实验发现,当PCBA的阻抗接近90Ω的时候,在保证加工工艺的前提下,可以满足曲线的最低点在75Ω以上。PCBA上面的阻抗可以通过增大焊盘间的距离和减小焊盘的宽度来提高PCBA的阻抗。

2.信号问题的解决方法

信号问题分为两方面,一是低频信号串扰,二是高频信号插损,这两个指标参数是技术难点中比较难解决的问题。首先来说低频串扰问题,在Type C的线材规格中增加了四根电子线,分别是SBU1、SBU2、CC和Vconn,这四根电子线会对原本的低频传输D+D-的信号产生干扰,USBIF在测试标准中增加低频信号线间相互串扰的要求,比较难通过的测试主要是SBU1、SBU2、CC这几根电子线对D+D-信号的干扰,考虑影响串扰的因素,我们分别从如下几种方法进行改善。一增加线对间的距离以减小信号间的相互干扰,把SBU1、SBU2、CC这几根电子线放置在远离D+D-信号对的地方;二通过屏蔽层来阻隔线对间的干扰,在裸线加工的时候将D+D-信号对用铜箔包覆,已达到隔离信号间的相互干扰;三在铜箔包覆的D+D-信号对内部增加一个地线,将干扰产生的杂讯引出来。以上三种方法都是行之有效的改善低频串扰的解决办法。

再来看Type-C高频信号插损这个问题,在高频测试B3的测试组里面,有一个主要参数会受到插损的影响, 这个参数即为ILfitatNq,这个参数从名字可以看出来是直接通过测试插损的数值经Intel的软件转化过来的,是插损的直接反应。减小插入损耗是保证这个参数的关键,抛开线材组件不谈,只要增加导体直径就可以有效的减小插损。但是考虑到实际情况,一方面Type C的端子非常小,太粗的导体没有办法实现加工;另一方面频率越高的地方,插损曲线波动越大如图5插损曲线图,这部分则是由加工区域的变化引起的。解决方法是要控制好加工区,使得剥线长度尽量一致且线缆外表皮到焊点的长度控制在6~8mm之间,而麦拉的剥口到线夹处的距离管控在1~2mm,尽量减小加工区域的变化。

使用Type-C接口的产品数量在近几年速度飙升,而Type-C的产品质量在市场上也是良莠不齐,只有满足USB IF协会要求的产品,才是质量和性能得到保障的产品,才能在日益激烈的市场竞争中立于不败之地。

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