在通訊產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展之下，各式電子產(chǎn)品持續(xù)追求更大量且穩(wěn)定的傳輸質(zhì)量，電子線材數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性與多元化應(yīng)用需求也促使高速訊號傳輸技術(shù)的發(fā)展。為了達(dá)到提升訊號傳遞速度，除改變訊號編碼方式外，降低訊號位準(zhǔn)（signal level）亦或是提供全雙功的傳輸模式都是改良的方式。 同時(shí)，各組件或裝置之間對于減少訊號衰減與失真以及避免噪聲干擾的要求大幅提升，因此，作為溝通橋梁的連接器也非常重要，其傳輸速度對于傳輸訊號質(zhì)量與效能的影響也日趨受到重視。
USB數(shù)據(jù)傳輸從早期USB 1.0的最大傳輸速度為12 Mbps，歷經(jīng)USB 2.0的480 Mbps、USB 3.1 Gen 1的5 Gbps，一路演進(jìn)至USB 3.1 Gen 2，不但傳輸速度一口氣提高至10 Gbps，其通訊模式也從半雙功提升至全雙功，以滿足日益增加的高速傳輸需求。
 
在外觀上，近年來在智能型手機(jī)的帶動下，USB接口從應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)型A、B Type、Mini系列，再到Micro系列產(chǎn)品，以及最近很火紅的USB Type-C，其外觀尺寸已縮小6倍之多，消費(fèi)性電子產(chǎn)品朝著輕薄化的發(fā)展趨勢。連接器產(chǎn)業(yè)未來勢必朝向輕薄短小、且具有快速傳輸效能的方向發(fā)展。
百佳泰深圳實(shí)驗(yàn)室日前獲得USB協(xié)會（USB-IF）授權(quán)，成為中國唯一官方授權(quán)USB線纜與連接器實(shí)驗(yàn)室，提供USB線纜與連接器的相符性測試與技術(shù)咨詢。目前火紅的USB 3.0及USB Type-C線纜與連接器開發(fā)過程有許多重點(diǎn)項(xiàng)目，我們將廠商容易遇到的困擾與問題做分析，提供相對應(yīng)的質(zhì)量檢測重點(diǎn)，期望協(xié)助廠商在產(chǎn)品開發(fā)過程中能更順利更有效率。 傳輸效能大量提升 量測重點(diǎn)更加謹(jǐn)慎 由于早期低速連接器并不需要提供大量的訊號傳遞，對于連接器的電氣性能最多只要求直流電性導(dǎo)通與否、機(jī)械性能為測試重點(diǎn)，例如插拔力、插拔壽命、端子保持力及接觸電阻測試等，因?yàn)檫@些試驗(yàn)都會對機(jī)械與導(dǎo)通性能造成影響。進(jìn)入2000年之后，USB及IEEE 1394相繼問世，宣告連接器進(jìn)入另一個(gè)時(shí)代，連接器的目的從原本只要求電流是否導(dǎo)通到大量訊號的傳遞，訊號完整度變成了量測上的重點(diǎn)。未來透過對于Impedance（特性阻抗）、Propagation Delay（傳輸延遲）、Propagation Skew（傳輸時(shí)滯）、Attenuation（衰減）、Crosstalk（串音）等方面的測試項(xiàng)目便可驗(yàn)證訊號的完整性。 高頻訊號測試重點(diǎn)一：串音量測（Crosstalk） 隨著傳輸數(shù)據(jù)的大量化，帶動著HDMI、DisplayPort及USB 3.1 Type-C等高頻連接器相繼問世，連接器的傳輸速度也從Mbps等級提升到Gbps等級。當(dāng)訊號速度持續(xù)加快時(shí)，如何降低噪聲干擾成了重要課題，因此單線傳輸架構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)換成雙絞線方式（Shielded Twisted-Paired），甚至以同軸線型態(tài)（Coaxial）組成，藉以降低本身噪聲的產(chǎn)生以及提升抵抗外界干擾的能力；但是因?yàn)槎鄺l或多對訊號同時(shí)高速傳輸?shù)挠绊懀舫潭纫仓饾u增加，因此各種串音現(xiàn)象（Crosstalk）的產(chǎn)生則必須要被分析探討。
所謂串音（Crosstalk）是指兩條訊號之間輻射訊號的耦合現(xiàn)象。這是因?yàn)橛嵦枌χg的距離鄰近，輻射訊號透過彼此間的雜散電感和雜散電容相互耦合而互相產(chǎn)生干擾，電容性耦合會引發(fā)耦合電流，而電感性耦合則引發(fā)耦合電壓；以現(xiàn)實(shí)生活來舉例，家用電話在通話時(shí)，偶爾會因串音干擾，而聽到第三者的聲音。一般說來高頻訊號在相鄰的訊號線做傳輸時(shí)，很難避免串音干擾的產(chǎn)生，所以需透過串音量測來了解串音干擾是否控制在可容許的范圍之內(nèi)。串音又可分為：近端串音（Near End Cross Talk: NEXT）及遠(yuǎn)程串音（Far End Cross Talk: FEXT）兩種，目前Type-C擁有4對訊號對，而DisplayPort因多包含控制用的AUX channel，共擁有5對訊號對，兩個(gè)產(chǎn)業(yè)（大陸用法的話應(yīng)該要改成行業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會都非常重視串音參數(shù)的量測；亦將串音測試納入驗(yàn)證項(xiàng)目之一。 高頻訊號測試重點(diǎn)二：信號損失量測（Loss） 伴隨產(chǎn)品小型化的發(fā)展趨勢，配合連接器所使用的電纜線組中輕量且可繞性佳的線材需求大增，芯線線徑勢必越來越細(xì)。目前HDMI線材約24~30 AWG，USB 3.1則為28~34 AWG，AWG為美國線規(guī)，是一種區(qū)分導(dǎo)線直徑的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值愈大則線徑愈小，導(dǎo)體愈小，在在線傳送的高頻訊號將受導(dǎo)體本身特性造成訊號功率的損失也會愈大，各產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會通常也會在規(guī)格上設(shè)定可接受的頻率損失參考標(biāo)準(zhǔn)。
損失（Loss）是指訊號在傳輸線中的衰減程度，損失種類可分為：插入損失（Insertion Loss）及反射損失（Return Loss）。理想狀態(tài)下訊號的傳輸是沒有衰減；但實(shí)際上受銅材料特性影響傳輸距離越長，訊號損失越多（即線組越大損耗越大），插入損失隨著訊號的工作頻率越高，所產(chǎn)生的訊號損耗也越多，雖然這種導(dǎo)體損耗對連接器本身影響不大，但對電纜線組而言卻影響甚深。
反射損失的產(chǎn)生，主要發(fā)生在連接器本身或是配對的接面上，因?yàn)檫B接器本身形狀與特性很難形成所謂『傳輸線結(jié)構(gòu)』，同時(shí)電纜線與連接器接合制程中的串接瑕疵也會造成訊號大量的反射損失。為了有效掌控傳輸線的損失不會影響質(zhì)量，插入損失（Insertion Loss）及反射損失（Return Loss）的量測是未來驗(yàn)證高頻連接器不可缺少的項(xiàng)目。
線材的損失測試需要靠儀器來完成。一般說來量測線材損失的設(shè)備包含了Time domain 及Frequency domain兩種測試設(shè)備。 以USB為例，在USB 3.1 認(rèn)證測試上要求使用時(shí)域反射儀（Time Domain Reflectometry, TDR）及網(wǎng)絡(luò)分析儀（Network Analyzer, NA），兩臺設(shè)備分別對不同參數(shù)進(jìn)行量測。傳輸速度的提升，對于量測設(shè)備有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，完整量測設(shè)備的建制需要隨著技術(shù)的變革而更新，成本也逐漸提升，如何建制有效的測試環(huán)境對廠商來說也是一個(gè)非常大的負(fù)擔(dān)。
以USB 3.1 Type-C認(rèn)證為例，能夠用來驗(yàn)證號損失的設(shè)備商各有不同的操作方向，然一般而言，設(shè)備廠商目前所提出的MOI (Method of Implementation)都是使用單一機(jī)臺來完成電纜線組測試項(xiàng)目。也就是在單一機(jī)臺上執(zhí)行時(shí)域及頻域的測試。在Tektronix的TDR上，TDR可將量測到的時(shí)域訊號透過IConnect software做快速傅立葉變換（Fast-Fourier Transform）（注一），轉(zhuǎn)化成不同頻域下的諧波訊號（sin wave）。另外，Keysight的ENA則是透過option TDR功能，將量測到的頻域訊號透過逆傅立葉變換（Inverse Fourier Transform），轉(zhuǎn)化成時(shí)域訊號。再透過軟件的輔助轉(zhuǎn)換，讓測試人員可以同時(shí)量測到頻域與時(shí)域訊號，快速的完成所需的量測項(xiàng)目之外，也大幅降低公司成本。也可以簡化工程人員分析的時(shí)間。
 
圖4 時(shí)域與頻域訊號關(guān)系圖
輕薄短小、滿足大量數(shù)據(jù)傳輸需求，是未來連接器發(fā)展的必然趨勢，連接器產(chǎn)業(yè)已擺脫機(jī)械加工的傳統(tǒng)模式朝向微波組件與高頻特性發(fā)展。為能保持高度競爭力與產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，從線纜設(shè)計(jì)到量測與結(jié)果分析能力已逐漸造成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的分水嶺，如何提升各項(xiàng)能力朝板對板（board to board）之高單價(jià)產(chǎn)品邁進(jìn)會將是連接器廠商向上提升的關(guān)鍵技術(shù)，各大線纜聯(lián)接器廠商紛紛投入大量的研究人力，并且重視產(chǎn)品的驗(yàn)證測試來建立自有產(chǎn)品的質(zhì)量與知名度。