USB從問世以來,至今發展已有近30年的歷史,從最早的USB1.0到現今的USB4,其介面包含了USB Type-A、Type-B與Type-C。USB 規範隨著科技進步不斷更叠,不僅在傳輸速度不斷提升,在應用領域亦不斷擴增。百佳泰在此篇將著墨大家普遍使用在PC或大型設備上的Type-A介面。雖然Type-A介面在技術上已是相當久的產品,在速度上相容了低速USB2.0 (480Mbps) 以及高速Superspeed (5Gbps) / Superspeed+(10Gbps),但正因這種設計方式,代表著廠商在設計連接器時,更要注意在內部訊號pin的排列設計方式是否適當,而能減少互擾的情況發生。

USB Type-A介面蘊含潛在風險,百佳泰提二案例說明與化解

淺在風險

如前所述,雖然Type-A介面已是技術很成熟的產品,但由於中小型傳產可能對於PCB的設計以及製作能力不甚孰悉,導致可能無法製作出可以通過協會認證標準的高頻治具板。再者,Type-A介面雖然是一個標準,但外部訊號pin腳的設計可以有SMD或是Dip的方式,以及每個訊號pin間的距離以及寬度並未強制規定,因此會依據不同的設計而有不同的排列,這在高頻的電磁波運行上就可能會產生不同的干擾,所以在高頻治具板的設計上就須多加以斟酌考量。此外,以應用在主機Host上雙層、三層、四層設計的Type-A介面來說,這些和單層設計的Type-A相比來說更是複雜了。

解決方案

百佳泰在高頻領域上深耕多年,已協助眾多客戶解決此方面的難題。以USB Type-A介面最高標準的USB 3.1來看,高頻認證項目有Attenuation、Differential Impedance與Near-End and Far-End Crosstalk等項目。依照經驗,過往客戶在每個項目或上多或少皆會有Fail的情況發生,但因連接器設計上的不同,所以解決方式也會有所差異,以下列舉兩個案例來觀之:

Case 1   A公司的USB3.0 Type-A Receptacle Connector 其 D+&D-pin SMD Pad面積大,造成接觸面Impedance偏低的狀況發生。

USB3.0 Type A Receptacle connector 其D+ & D- pin SMD pad面積大,造成接觸面Impedance偏低的狀況發生

Solution 此案在高頻版製作過程設計中,對 D+&D-的阻抗設計做最佳的匹配調整,避免在之後的測試會因此而有所差異而 Fail。

PCB Tweaked後量測

Case 2   B公司的USB3.0 Type-A Receptacle Connector 設計為pin腳為包覆在鐵殼內的設計,測試後此設計會造成Near End Crosstalk (SS:TX/RX) 超過協會規範 (3.6mV)而 Fail。

Solution  經過驗證,其問題點為鐵殼內部的GND與PCB接地性不佳所造成,透過加強內外部鐵殼與PCB GND連接,使其訊號完整性提高而Pass。

PCB Tweaked後量測

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在解決問題的過程中,百佳泰使用「專業高頻的儀器設備,搭配豐富的專案經驗與知識」,能提供客戶最精確的量測結果,並創造多元的解決方案。

百佳泰使用「專業高頻的儀器設備,搭配豐富的專案經驗與知識」,能提供客戶最精確的量測結果,並創造多元的解決方案

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