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【技術文章】如何快速驗證 USB、HDMI、Display Port 各式線材品質與性能一致性,測試重點為何?


" Advanced Cable Tester v2 能夠在幾秒鐘內提供制定對策和可追蹤的訊息,已成為我們品保過程中不可或缺的一環。" — Mitchell H., Mechanical Engineer, Corporate Quality Crestron Electronics

面臨的測試挑戰


Crestron 為各種辦公室科技產品的製造商,這些產品通常配備了 USB 和 HDMI 線材,在產品開發階段的內部測試中,品保部門發現某些產品存在特定的性能問題,原因是線材性能不佳,導致產品功能和性能存在不一致性。


他們意識到,現有的線材測試方法無法提供足夠詳細的測試結果,讓他們確定線材是否存在性能問題,因此尋求一種更強大的解決方案來進行線材測試。


解決方案


品保部門將 Total Phase Advanced Cable Tester v2 進階線材測試儀,納入其線材品質測試程序中,幫助他們有效地測試 USB 和 HDMI 線材,以確保其符合所需的線材性能標準;Advanced Cable Tester v2 進階線材測試儀在產品開發期間用於線材測試時取得了很好的效果,以至於他們也幫進料品管部門購買了第二套測試儀,用於檢查提供生產製造的 USB 和 HDMI 線材。

快充等大功率輸出應用、複雜電路、各種互通性 (interoperability)、和訊號完整性的問題,都是當今製造高品質線材增加複雜性的因素 - Advanced Cable Tester v2 第二代進階線材測試儀的誕生就是為了呼應這樣的市場需求,解決產線在各式傳輸線材的品管問題。


優點


使用 Advanced Cable Tester v2 進階線材測試儀,已經幫助品保部門在產品開發期間,加快了各式線材驗證流程,同時在進料檢查中大幅增加了每批線材驗證的數量,提升成本效益;有了這個工具,Crestron 可以在其產品線上維持對品質的承諾。


Crestron Electronics 是全球提供工作場所的各種技術和解決方案科技的領導者,致力於為企業組織(包括財富500強企業、校園、設施等)提供自動化和統一通信(UC)解決方案,提高企業內部和對外通訊的效率和效益,同時也是高階家庭自動化的供應商,為住宅(包括房屋、遊艇、多戶式住宅大樓、和酒店)創造平台、設備和系統;他們的一些產品在設計中採用了 USB 和 HDMI 線材,Crestron致力於為客戶提供最高品質的產品,因此他們的品保證團隊致力於進貨的產品零組件和成品的測試和評估,以確保它們的品質合乎要求;在產品開發過程中的測試階段,Crestron 曾經觀察到產品性能不一致的問題,這與性能較差的線材有關;因此,品保團隊仔細審查了他們的線材規範認證 (validation) 和效能驗證 (verification) 流程,尋找改進並更好地識別潛在線材問題的方法。經過討論和研究,團隊採用了 Total Phase Advanced Cable Tester v2 進階線材測試儀,使他們能夠快速測試線材,並獲取所需的測試數據,以了解線材是否正常工作。


背景/問題:


Crestron 是一家製造和經銷各種高品質影音和家庭自動化產品的公司,這些產品通常配備 USB、HDMI 或 DisplayPort 等類型的傳輸線材。其中一些產品包括視訊會議套件、條形音箱 (soundbars)、揚聲器、和麥克風,每年,這些產品使用和依賴多達 300,000 條傳輸線材來運行。


Crestron 致力於為客戶提供最高品質的產品,因此品保團隊將所有新的傳輸線材放入其產品可靠性測試實驗室進行嚴格的測試。


在產品開發與測試期間,品保團隊發現了一個產品與攝影機透過 USB 傳輸線連接時,出現的特定性能問題,該產品顯示出影音間歇性掉落,經過疑難排解後,追踪到使用了性能不佳的 USB 傳輸線材。


為了防止進一步的性能問題或故障導致間歇性的影音斷線問題,團隊決定必須改進傳輸線測試和驗證工具;此過程最初使用位元錯誤計數器(一種用於在數位通訊中,計算接收訊號中位錯誤的設備和方法)、或高速示波器進行,但這種方法並不實用,因為位元錯誤計數器僅提供了數據的面向,而高速示波器讓每條傳輸線的測試需耗時多天;此外,進行功能測試,包括將傳輸線插入產品並觀察影音的撥放成功/失敗,無法大規模實行。


為了能夠更全面地了解問題,並獲得更有效的解決方案並增加測試與驗證的執行速度,Crestron 進而尋求 Total Phase 的線材測試解決方案。


測試技術與方法:


Crestron 的產品包含了 USB、HDMI 或 DisplayPort 等不同類型的傳輸線,因此引進 Advanced Cable Tester v2 傳輸線材測試儀供產品可靠性測試實驗室使用,以協助其品保團隊全面地測試各種傳輸線類型,而且僅需使用一種工具;在實驗室中,他們使用此設備進行生命週期測試、傳輸線驗證、和故障排除,以確保其產品和所附傳輸線性能如預期;此外,他們的進料品管部門使用此傳輸線材測試儀批次驗證進料品質,在過去兩年中,團隊已測試了超過20,000條傳輸線材。


由於這款傳輸線測試儀非常易於使用、測試速度超快、可重複性高、且模組化設計使之用途廣泛,Crestron的團隊得以大幅加快和改進對數千條傳輸線的測試和驗證流程。


Advanced Cable Tester v2 對 USB、HDMI 和 DisplayPort 傳輸線進行廣泛的品質和安全檢查,包括引腳連續性、直流電阻、訊號完整性、E-Marker、和其他傳輸線材的特定測試,以確保符合相應電纜組織設定的電纜規格與規範。


要操作此傳輸線材測試儀,使用者只需選擇正在測試的線材測試配置文件,將線材插入面板的傳輸埠中,然後在幾秒鐘內接收每個通過、或未通過測試結果的全方位報告。


針腳連通性測試 (Pin Continuity)


針腳連通性測試是檢查連接器的針腳是否與另一個連接器的針腳相連通的測試,報告將比較插頭的兩端和預期的插頭值,如果有任何偏差,該測試將出現一個標誌;此測試有助於檢測短路、斷路、數據路由等問題,並可防止可能發生的 VBUS/GND 反向 (註1) 等危險情況。


註1、VBUS/GND 反向:

VBUS 和 GND 分別代表 USB 線材中的電源正負極,如果 VBUS/GND 反向,就代表電源正負極被誤接反了,會導致電源無法正常供應設備,可能造成損壞或使用異常。


針腳連通性測試使品保團隊能夠檢測錯誤的連線,以確保正確的資料與電力傳輸;不當的連線可能導致裝置之間的音頻和視頻傳輸產生潛在的問題。

針腳連通性測試的測試結果,以及測試標誌
針腳連通性測試的測試結果,以及測試標誌

直流電組 (DCR, DC Resistance)


直流電阻(DCR)測試可以確認每個電源引腳(VBUS和GND)是否可以根據線材規格承載所需的電流,對於Type-C傳輸線而言,每個電源引腳都會進行單獨測量,然後再對整個線材進行測試,通過/不通過的標準確保該線材符合規格要求,例如 Type-C IR Drop (註2),如果存在,Type-C SBU 和 CC 的兩條差分線 (註3) 也會進行 DCR 測試。


註2、Type-C IR Drop:

是 USB Type-C 規格中的一種要求,即使用 Type-C 充電器時,對於使用者設備(例如手機或平板電腦)的電源供應,必須在傳輸線上限制壓降(voltage drop),以確保用戶設備能夠在快速充電的同時正常運作;因此,在 DCR 測試中,如果 Type-C 充電線的 DC 電阻超出了規格要求,就可能會導致 Type-C IR Drop 過高,導致在資料傳輸或充電時無法提供足夠的電流,使得設備無法正常運作或充電速度緩慢,影響使用者體驗。


註3、Type-C SBU 和 CC 差分線

SBU 線是用於高速數據傳輸,而 CC 線則用於檢測電源方向和配置設備之間的角色;在 DCR 測試中測量這些線的電阻,可以確保這些線能夠正確地傳輸數據和電源訊號,進一步提高 USB Type-C 線材的品質和可靠性。

DCR 測試畫面
DCR 測試畫面

E-Marker

在 USB Type-C 傳輸線上,E-Marker 測試會讀取任何存在的 E-Marker 資料,然後驗證線材所宣稱的資料和電力效能,是否符合實際測量的傳輸線數值;此外,操作人員還可以設置供應商 ID、產品 ID、測試 ID、硬體、和軟體版本等標記,以便透過 QA 流程輕鬆確定傳輸線的通過或失敗。


E-marker Presence (PD Spec):E-Marker Presence測試確定了Type-C電纜是否具有E-Marker晶片,它可以識別電纜的功能、功率和速度等訊息。
E-marker Presence (PD Spec):E-Marker Presence測試確定了Type-C電纜是否具有E-Marker晶片,它可以識別電纜的功能、功率和速度等訊息。
E-Marker VDOs (Vendor Defined Object):包含的廠商自訂資訊,例如廠商名稱、產品名稱、序號、版本等等;在進行 E-Marker 測試時,測試工具會讀取並驗證 E-Marker 中包含的廠商自訂資訊,以確認 USB Type-C 纜線是否符合廠商所宣稱的規格與功能。
E-Marker VDOs (Vendor Defined Object):包含的廠商自訂資訊,例如廠商名稱、產品名稱、序號、版本等等;在進行 E-Marker 測試時,測試工具會讀取並驗證 E-Marker 中包含的廠商自訂資訊,以確認 USB Type-C 纜線是否符合廠商所宣稱的規格與功能。

訊號完整性


訊號完整性為測試評估經由傳輸線傳輸的差分配對線路品質,並且能夠在多達 5 組差分對中配置 518 Mbps到 12.8 Gbps 的速度測試;此測試會伴隨著眼圖,將訊號品質進行視覺化呈現,包括透過遮罩提供 HEO 和 VEO 的參考值 (註4);如果測試成功鎖定指定的差分對,則會顯示眼圖影像在測試結果中,如果沒有成功鎖定,則會顯示未鎖定的影像。


註4、HEO 和 VEO 的參考值:

HEO 和 VEO 都是指訊號的眼圖分析中的參數,眼圖是一種用於分析訊號品質的工具,它顯示了數據位元間的相對時序關係;HEO 表示水平等化器開啟後,眼圖頂部的垂直位移量,而 VEO 則表示垂直等化器開啟後,眼圖底部的垂直位移量;這些參數用於判斷訊號品質是否符合規範。


訊號完整性測試對於 Crestron 的分析非常有幫助,因為伴隨的眼圖提供了快速且視覺化,以及確定訊號品質的方法,這通常是評估傳輸線是否能有效地傳輸數據,例如音訊或視訊的測試標準,在此類別中失敗的傳輸線將被棄用。

訊號完整性測試
訊號完整性測試
資料傳輸率測試
資料傳輸率測試

客製化測試配置


第二代進階線材測試儀囊括了每種支援線材類型預配置的測試配置檔,其中包括線材類型、標準/版本、速度和支援的電流等;雖然這些配置檔允許使用者輕鬆地自動將線材測試與規格,和其標準相比較,但測試界面也提供了為每種支援的線材類型,創建自定義測試配置檔的選項,以實現更嚴格或更寬鬆的測試標準。


使用此功能,使用者可以更改佈線配置、以及某些引腳/線路的存在或不存在,調整直流電阻測量,包括 VBUS、VCONN、CC、GND線路 (註5),標記 E-Market 存在/不存在,以及更改高速/超高速測試位元速率、和高速/超高速插入損耗值。


註五、VBUS、VCONN、CC、GND線路:

VBUS 是指 USB Type-C 插頭中用於提供電源的線路;VCONN 是指用於提供電源的可選線路,可在Type-C 插頭上用於支援高功率應用;CC 是指用於識別連接設備和插頭之間角色的線路;而GND是指接地線路。


Crestron的品保團隊發現這些具體的功能,對他們的測試很有幫助,因為並不是所有的線材都需要在某些方面嚴格執行,有能力根據需要更改和調整特定的標準,可以幫助他們根據自己對線材性能的要求進行測試。


例如,當測試一條傳輸線由 USB-A 到 USB-B 時,品保利用此功能修改了直流電阻值以完成不同的任務,如此例所示:


此外,在測試 USB Type-C 至 USB Type-C 的傳輸線時,也進行了直流電阻的調整,如下所示:


Crestron 在測試 Type-C 傳輸線時,也修改了插入損耗表中的 dB 值,如下例所示,透過更改這些值和圖表的輸出,可以改變訊號完整性測試通過/失敗所需的標準。透過降低 dB 值損耗,可以使訊號完整性測試更嚴格,因為 dB 損耗越低,表示訊號在傳輸過程中的衰減越小,訊號品質也會更好,因此,降低 dB 損耗的設定值,會使得訊號完整性測試更加嚴格,要求傳輸的訊號品質更高,進而確保傳輸的可靠性和穩定性。


當修改或創建自定義測試檔案時,可以調整插入損耗範圍,包括頻率(MHz)和損耗(dB)。


這些數據對應插入損耗曲線,該曲線用於產生水平眼圖開度(HEO)和垂直眼圖開度(VEO)的通過/不通過標準,HEO 與 VEO 用於衡量訊號完整性測試的通過與否,在訊號完整性測試中,會產生一個眼圖,顯示數據的傳輸品質,其中水平眼圖開度(HEO)表示眼圖案中最寬部分的寬度,而垂直眼圖開度(VEO)表示眼睛圖案中最高部分的高度;如果HEO和VEO都在預設的閾值範圍內,則通過測試,否則,該測試未能通過,表示訊號傳輸質量不佳。


HEO 是一個百分比值,表示眼圖參考框架中,最寬的部分有多少百分比是開放的,Expected 則是最小開放百分比,可以透過測試設置中指定的插入損耗曲線產生,Measured 是實際的開放百分比。


VEO 是一個百分比值,表示眼圖參考框架中,最高的部分有多少百分比是開放的,Expected 則是最小開放百分比,可以透過測試設置中指定的插入損耗曲線產生,Measured 是實際的開放百分比。


當表格中的值改變時,圖表會相應地更新。


總結


Crestron 的產品一直以來都是電子產業中最可靠的產品之一,致力於保證每個零組件和成品都符合其嚴格的標準;多年來,他們實施了新的品保系統,以確保其測試流程高效可靠,其中之一就是Advanced Cable Tester v2,這個工具幫助了品保團隊對插針連續性、DC阻抗和訊號完整性等標準進行全面測試,讓他們能夠快速識別效能不佳的傳輸線,進而導致特定產品性能問題;憑藉這個工具,Crestron有信心提供高品質的產品,讓他們的客戶可以信賴。


產品介紹


Advanced Cable Tester v2 第二代進階線材測試儀,結合了極快的性能、低成本的每次測試、以及堅固的設計,可在實驗室和生產環境中實現 100% 的測試覆蓋率,同時比其他解決方案省去了成本、時間和勞動力;單機即可支援多種類型的傳輸線,包括 USB、HDMI 和 DisplayPort,這款傳輸線測試儀將對每條傳輸線進行全面的測試,包括針腳連續性、直流電阻、訊號完整性、E-marker 和其他測試,以確保它符合所需的線材規格。


文章來源:Total Phase

翻譯:翔宇科技量測事業群

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