強(qiáng)固型筆電，又稱堅(jiān)固型筆電或工業(yè)級(jí)筆電，是專門為惡劣環(huán)境下所開發(fā)的筆記本電腦；應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要包括：工業(yè)制造、公共安全、醫(yī)療保健、物流倉儲(chǔ)、能源礦業(yè)以及軍事國防等。

過往這些領(lǐng)域著重于產(chǎn)品的耐用性跟安全性，但隨著時(shí)代走向高性能化的發(fā)展，必須采用更強(qiáng)大的處理器、圖形處理器和內(nèi)存，以滿足更高階的性能需求，對(duì)于過往經(jīng)常以導(dǎo)入成熟技術(shù)為主的工業(yè)電腦制造商而言，是必須打破舊有經(jīng)驗(yàn)的新規(guī)導(dǎo)入挑戰(zhàn)！

沒那么簡單！工業(yè)電腦廠商導(dǎo)入Thunderbolt技術(shù)的困境

百佳泰近期合作一家工業(yè)電腦廠商，他們在最新產(chǎn)品中導(dǎo)入了Thunderbolt技術(shù)以因應(yīng)市場對(duì)高性能的要求。Thunderbolt是一種高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，有一定的進(jìn)入門坎，而客戶首次導(dǎo)入Thunderbolt技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)許多無法預(yù)期的狀況，也面臨了前所未有的挑戰(zhàn)。

實(shí)際接觸到的問題：

分析規(guī)劃，一次到位！百佳泰全方位顧問服務(wù)解決方案

針對(duì)這個(gè)客戶遇到的難題，百佳泰以豐富的經(jīng)驗(yàn)與能力為其規(guī)劃一系列的顧問服務(wù)如下：

我們針對(duì)了客戶在不同階段的痛點(diǎn)，設(shè)計(jì)了不同的服務(wù)內(nèi)容，以解決客戶的難題，在PoC (Proof of Concept)階段，我們規(guī)劃了三項(xiàng)關(guān)鍵服務(wù)。

三大關(guān)鍵服務(wù)

1. 規(guī)格確認(rèn)與選擇

選擇正確的平臺(tái)至關(guān)重要，它可以影響您的系統(tǒng)成本、功耗和性能；以Intel來說，在同個(gè)世代的平臺(tái)有不同的分支，來因應(yīng)不同市場的需求，例如消費(fèi)者平臺(tái)和高性能平臺(tái)。消費(fèi)者平臺(tái)通常具有低功耗和低成本的特點(diǎn)，適合一般消費(fèi)者產(chǎn)品的應(yīng)用；而高性能平臺(tái)則具有高功率和高性能，適合需要處理大量計(jì)算或高要求性能的應(yīng)用場景。因此，我們協(xié)助客戶根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求來選擇適合的平臺(tái)類型，以確保系統(tǒng)在成本、功耗和性能之間達(dá)到最佳平衡。

2. 關(guān)鍵零組件的挑選

百佳泰深耕Thunderbolt相關(guān)服務(wù)已有長年經(jīng)驗(yàn)，我們判斷影響Thunderbolt取證的關(guān)鍵零組件分別有以下四項(xiàng)：

• PD Controller
• Re-timer
• Connector
• PCB

例如PD Controller的考慮因素有成本、服務(wù)和整合性，一些OEM/ODM廠商可能會(huì)基于成本考慮，來選擇PD Controller的供貨商，但僅以成本篩選，有時(shí)可能會(huì)遇到Thunderbolt整合問題；基于Thunderbolt是一種高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，如果采用的PD Controller無法良好整合，可能會(huì)影響整體產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。

還有像是連接器的選擇需要考慮其質(zhì)量（插入損耗、信號(hào)完整性）、成本和類型（表面貼裝SMT、混合型Hybrid、插針式DIP）。連接器也是Thunderbolt產(chǎn)品的關(guān)鍵組件，如果供貨商選擇了不適合的連接器類型，可能會(huì)導(dǎo)致重大的信號(hào)完整性問題，進(jìn)而影響產(chǎn)品的可靠性和性能。

因此針對(duì)上述四個(gè)關(guān)鍵零組件，我們不僅幫助客戶進(jìn)行供貨商的確認(rèn)，同時(shí)我們也提供建議的廠商及料號(hào)，百佳泰建議的廠商及料號(hào)皆經(jīng)過長久配合的合作經(jīng)驗(yàn)，具有高性能并為可信賴的供貨商。

3. 設(shè)計(jì)審查

設(shè)計(jì)審查在產(chǎn)品開發(fā)的前期是確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和最終成功的關(guān)鍵步驟之一。它有助于提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向正確。由于這家客戶是第一次導(dǎo)入Thunderbolt的技術(shù)，因此透過我們協(xié)助做完整設(shè)計(jì)審查，百佳泰主要協(xié)助的執(zhí)行范圍涵蓋以下兩大項(xiàng)：

●?Circuit Review

■ Circuit Design & Revised
■?DRC Check
■?Unconnected Net Check
■?Components Search & Selection (Footprint and Datasheet)

●?Layout Review

■?PCB Stack up (Layers Definition)
■?Layout Rule & Specific Notice
■?Layout Check & Review

驗(yàn)證規(guī)劃與測試階段

在驗(yàn)證階段，我們協(xié)助廠商針對(duì)不同的設(shè)計(jì)時(shí)間分別規(guī)劃了合適且必要的驗(yàn)證測試范圍，以確保各階段都有執(zhí)行最有效率同時(shí)確保優(yōu)良質(zhì)量前提下的驗(yàn)證服務(wù)。

問題分析與除錯(cuò)支持

在案子進(jìn)行中，針對(duì)各種設(shè)計(jì)及驗(yàn)證上發(fā)生的問題，百佳泰依托我們豐富的經(jīng)驗(yàn)跟設(shè)備環(huán)境支持，幫助客戶有效地解決問題。

最終透過百佳泰的工程師團(tuán)隊(duì)與該公司密切合作，協(xié)助他們進(jìn)行完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和驗(yàn)證規(guī)劃，我們的專家團(tuán)隊(duì)幫助該公司解決設(shè)計(jì)中的問題并確保了產(chǎn)品符合所有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；通過百佳泰的幫助，客戶的產(chǎn)品按時(shí)并按預(yù)算推出了市場。產(chǎn)品質(zhì)量可靠，獲得了客戶的一致好評(píng)。

Time to Market with Quality！

百佳泰的專業(yè)服務(wù)與能力：

百佳泰不僅是各大規(guī)格協(xié)會(huì)的認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室，我們更是一家擁有全方位工程顧問服務(wù)能力的公司，提供廣泛的新規(guī)導(dǎo)入以及設(shè)計(jì)顧問服務(wù)。百佳泰的工程師團(tuán)隊(duì)累積多年的豐富經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識(shí)，幫助您克服設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)并實(shí)現(xiàn)您的產(chǎn)品目標(biāo)。

• 新產(chǎn)品規(guī)格（NPI）培訓(xùn)與協(xié)助導(dǎo)入：百佳泰的專家團(tuán)隊(duì)可為客戶提供新產(chǎn)品規(guī)格培訓(xùn)，幫助他們了解新產(chǎn)品開發(fā)的流程和要求與建議。
• 完善的基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備：百佳泰協(xié)助客戶準(zhǔn)備產(chǎn)品開發(fā)所需的基礎(chǔ)設(shè)施，包括測試設(shè)備和豐富經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)與驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)。
• 能力咨詢：百佳泰為客戶提供產(chǎn)品開發(fā)能力咨詢，幫助客戶提高團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力。
• 關(guān)鍵組件選擇：百佳泰協(xié)助客戶選擇符合產(chǎn)品需求的關(guān)鍵組件，并確保供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。
• 設(shè)計(jì)審查服務(wù)：百佳泰的研發(fā)團(tuán)隊(duì)可提供客戶設(shè)計(jì)審查服務(wù)，幫助客戶提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向正確。
• 驗(yàn)證規(guī)劃服務(wù)：百佳泰能依照設(shè)計(jì)開發(fā)周期規(guī)劃合理且有意義的驗(yàn)證項(xiàng)目，快速地協(xié)助客人取得標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

讓你的新產(chǎn)品上線排程Faster！Easier！Better！

• 縮短產(chǎn)品上市時(shí)間：以此案例來說，依照我們多年經(jīng)驗(yàn)，以一家以前從未導(dǎo)入過Thunderbolt的廠商而言，通常首次導(dǎo)入的時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)比此案例客戶還耗時(shí)，往往需要多出三個(gè)月以上的時(shí)間才能完成全面性導(dǎo)入。
• 全方位規(guī)劃提案：讓導(dǎo)入新規(guī)設(shè)計(jì)不再是件難事。
• 降低產(chǎn)品開發(fā)成本：越長的開發(fā)時(shí)間，代表越多的設(shè)計(jì)研發(fā)成本，節(jié)省三個(gè)月的時(shí)間至少可以省下百萬臺(tái)幣以上的成本
• 品質(zhì)與風(fēng)險(xiǎn)管控：提高產(chǎn)品質(zhì)量，并同步降低產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)

如果您正在導(dǎo)入新技術(shù)，百佳泰可以協(xié)助您克服挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)您的產(chǎn)品目標(biāo)。立即聯(lián)系我們了解更多信息。

USB-C與Thunderbolt的電源供給裝置和受電裝置之間，有相同的協(xié)議。受電裝置可提供允許以及現(xiàn)在需要的電壓及電流(PDO，Power Data Object)。同理，供電裝置也會(huì)透過協(xié)議提供能夠供應(yīng)的PDO。

有鑒于此，相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)也明確的定義了電源相關(guān)的規(guī)范以及測試流程，而相關(guān)測試的核心設(shè)備又以多功能電表和直流電子負(fù)載為主。以下會(huì)針對(duì)USB Power Delivery及Thunderbolt使用到直流電子負(fù)載之測試項(xiàng)目進(jìn)行來說明與做及比較（以20V/100W以內(nèi)的PD 2.0為主要討論范疇）。

Thunderbolt?電源規(guī)范量測說明

量測用治具，建議下列擇一使用，以利量測進(jìn)行：

1. Wilder USB 3.1 Type-C power delivery coupon (Part No. 640-0760-000)
2. LUXSHARE-ICT USB power delivery coupon (Part No. TF21-215G)

測試儀器及設(shè)備之規(guī)格要求

主要測試設(shè)備包含直流電源供應(yīng)器、直流電子負(fù)載、多功能數(shù)字電表以及PD Controllers。

Thunderbolt 環(huán)境圖

1. 直流電源供應(yīng)器要求符合以下規(guī)格

因此規(guī)范中建議使用Keysight N6705C搭配N6752A模塊。

N6705C DC Power Analyzer

數(shù)據(jù)源：https://www.keysight.com/us/en/product/N6705C/dc-power-analyzer-modular-600-w-4-slots.html

2. 直流電子負(fù)載

因此規(guī)范中建議使用Chroma 6312A搭配63101A模塊

Chroma 6312A

數(shù)據(jù)源：https://www.tequipment.net/Chroma/6312A/Electronic-Loads/

3. 多功能數(shù)字電表

因此規(guī)范中建議使用Keysight 34465A。

34465A Digital Multimeter, 6 ? Digit, Truevolt DMM

數(shù)據(jù)源：https://www.keysight.com/us/en/support/34465A/digital-multimeter-6-5-digit-truevolt-dmm.html）

4. PD Controllers

沒有特別指定。

須使用直流電子負(fù)載進(jìn)行測試的項(xiàng)目

介紹Thunderbolt電力傳輸測試流程及規(guī)范后，接下來百佳泰會(huì)再繼續(xù)說明USB的部分，并進(jìn)一步比較兩者差異。

USB Power Delivery測試規(guī)范量測說明

量測以USB-IF協(xié)會(huì)指定之QuadraMAX進(jìn)行，QuadraMAX可視為多功能整合的一體機(jī)，而PD測試會(huì)使用到的功能包含其中的可程序化直流電源供應(yīng)器、電子負(fù)載、數(shù)字電表及PD Controllers。

QuadraMAX設(shè)備

直流電子負(fù)載4大測試項(xiàng)目

以下列出必須使用直流電子負(fù)載進(jìn)行測試的項(xiàng)目：

USB Power Delivery 環(huán)境圖

USB PD與Thunderbolt抽載測試比較

比較兩者測試規(guī)范，差異最大的4點(diǎn)如下：

1. USB Power Delivery針對(duì)VBUS的抽載測試中，不需要同時(shí)對(duì)VCONN抽載。
2. USB Power Delivery測試使用QuadraMAX與通用的USB Cable進(jìn)行，意即沒有電壓Remote Sensing機(jī)制。
3. Thunderbolt的抽載測試中，會(huì)有VBUS與VCONN同時(shí)抽載的需求。
4. Thunderbolt的抽載測試中，沒有整合性的儀器及自動(dòng)化流程。

綜合上述，USB PD的部分，在抽載測試的電壓量測上，無法實(shí)現(xiàn)電壓Remote Sensing。為了補(bǔ)償Cable的直流等效電阻在抽載時(shí)電流所造成的電壓量測誤差，每一次測試之前都必須先使用QuadraMAX量測Cable直流等效電阻，并且將此阻值回填至系統(tǒng)中，作為電壓量測誤差的補(bǔ)償依據(jù)。但實(shí)際使用上卻無法校正此等效直流電阻因?yàn)闇囟认禂?shù)所造成的誤差。然而，為了實(shí)現(xiàn)Thunderbolt的抽載測試，必須具備多臺(tái)設(shè)備以及繁瑣的人工操作，在時(shí)間、空間及金額上的成本累積起來都相當(dāng)可觀。

產(chǎn)品在開發(fā)階段，除了須遵循USB-IF標(biāo)準(zhǔn)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量及安全設(shè)計(jì)符合規(guī)范，廠商更需要驗(yàn)證自家Type-C產(chǎn)品（包括線纜）在不同使用情境下，能否與其他產(chǎn)品順利運(yùn)作，以防止供電異常、系統(tǒng)停擺、甚至組件燒毀等現(xiàn)象發(fā)生，引發(fā)不良使用者經(jīng)驗(yàn)。

百佳泰提供可應(yīng)用于Thunderbolt及USB PD的測試設(shè)備，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)整合及自動(dòng)化的系統(tǒng)，以降低以上之量測成本。如果有興趣想進(jìn)一步了解，可與我們聯(lián)系cn_service@allion.com.cn。

*Thunderbolt?是Intel??Corporation的注冊商標(biāo)

*USB、USB4?、USB-C?、USB Type-C?和USB-IF是USB Implementers Forum的注冊商標(biāo)

以下百佳泰統(tǒng)整出USB-IF允許、不允許認(rèn)證的連接器與成品線設(shè)計(jì)說明，讓想取證的廠商能從設(shè)計(jì)上簡易辨別USB Type-C Receptacle、Plug、Cable是否能獲得認(rèn)證，幫助您免去不必要的開發(fā)費(fèi)用以及時(shí)間成本。

USB Type-C Receptacle可認(rèn)證之結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1. Receptacle 內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，上下皆有EMC Pad

2. Receptacle 鐵殼上/下面為彈片設(shè)計(jì)

3. Receptacle 鐵殼上(彈片)/下(凸包)或上(凸包)/下(彈片)之設(shè)計(jì)

4. Receptacle 鐵殼上/下面為彈片設(shè)計(jì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)上下皆有EMC Pad

5. Receptacle 鐵殼上彈片、下凸包或上凸包、下彈片之設(shè)計(jì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中上下皆有EMC Pad

6. Receptacle 鐵殼只有單面彈片之設(shè)計(jì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中上下皆有EMC Pad

7. Receptacle 鐵殼上/下面為凸包設(shè)計(jì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中上下皆有EMC Pad，且凸包距離需要大于Plug之最大尺寸才可認(rèn)證

USB Type-C Receptacle不可認(rèn)證之設(shè)計(jì)

1. Receptacle外鐵殼未有彈片設(shè)計(jì)和內(nèi)部未有EMC Pad

2. Receptacle外鐵殼上下兩面皆為凸包設(shè)計(jì)

3. Receptacle外鐵殼上下面皆為凸包設(shè)計(jì)，凸包距離高度過低，低于Plug厚度與寬度的最大尺寸(x), 內(nèi)部上下面皆有EMC Pad

4. Receptacle 外鐵殼EMC彈片是逆向設(shè)計(jì)

5. Receptacle 外鐵殼只有單面EMC，內(nèi)部未有EMC PAD

USB Type-C Plug不允許認(rèn)證之設(shè)計(jì)

1. Plug最前端塑料不可外露

2. Plug內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短缺EMC Springs

3. Plug EMC Springs與鐵殼一體成型設(shè)計(jì)

4. Plug金屬外殼不允許貴金屬

5. Plug金屬外殼不允許凸肋之設(shè)計(jì)

6. Plug 2.0 Type C EMC Springs設(shè)計(jì)沒有符合規(guī)范，因此無法認(rèn)證

作為USB-IF多年的技術(shù)合作伙伴，早在2017年，百佳泰已向協(xié)會(huì)確認(rèn)Chokes只能加裝于USB-C to USB-C Cable這項(xiàng)信息，并于同年百佳泰舉辦的研討會(huì)中公布，而此訊息USB-IF于2021年5月在USB-IF Compliance Updates正式發(fā)布，詳細(xì)內(nèi)文如下：

數(shù)據(jù)源：https://compliance.usb.org/index.asp?UpdateFile=Cables%20and%20Connectors&Format=Standard#135

現(xiàn)今市場上對(duì)于USB Type-C Cable/Adapter產(chǎn)品的需求五花八門，至目前為止，仍有些制造商在送認(rèn)證時(shí)，不甚清楚自家產(chǎn)品是否屬于可認(rèn)證種類。身為USB-IF多年的認(rèn)證伙伴，百佳泰為您匯整常見USB Type-C可認(rèn)證與不可認(rèn)證的Cable樣品型態(tài)。

USB Type-C可認(rèn)證之Cable設(shè)計(jì)

百佳泰簡單扼要列出10項(xiàng)已和協(xié)會(huì)厘清可認(rèn)證之線纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)，搭配部分可認(rèn)證產(chǎn)品示意圖。

1. 含熱敏電阻之USB Type-C Cable

2. USB Type-C扁線

3. USB Type-C卷線、電話線形式

4. USB Type-C編織線

5. USB Type-C Right Angle Cable

6. USB Type-C U型 Cable

7. USB Type-C Screw Type Cable

8. Type C LED Cable

Need to review LED power consumption

9. Type-C to USB 2.0 Micro-B Adapter/Without Cable

認(rèn)證時(shí)不測 Cable Pull-out & Flexing

10. Type-C to USB 2.0 Micro-B Right Angle Adapter/Without Cable

認(rèn)證時(shí)不測Cable Pull-out & Flexing

USB Type-C不可認(rèn)證之Cable設(shè)計(jì)

1. Power Only Cable

2. Type C Cable使用之Type-C Plug Connector前端是Plastic/塑料外露的設(shè)計(jì)

3. Type C Cable使用之 Plug Connector鐵殼電鍍貴金屬，例如：金。

4. Type C Cable使用磁吸式連接器

5. USB-C to A Adapter不帶線

百佳泰除了可以滿足客戶的認(rèn)證測試需求，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)概念，我們會(huì)與USB-IF作進(jìn)一步確認(rèn)，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)上無誤。百佳泰結(jié)合深厚的業(yè)界經(jīng)驗(yàn)、市場洞察力以及創(chuàng)新的驗(yàn)證測試技術(shù)，以提供更加完整的測試認(rèn)證服務(wù)。若是未來制造商有其他特殊需求，可以提出產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙與產(chǎn)品特點(diǎn)，百佳泰會(huì)在第一時(shí)間協(xié)助客戶與USB-IF討論，爭取認(rèn)證機(jī)會(huì)，確保您的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向正確無虞，也加速您的線纜產(chǎn)品生產(chǎn)制造時(shí)程。誠摯歡迎您與百佳泰聯(lián)系cn_service@allion.com.cn

*USB、USB4?、USB-C^?、USB Type-C^?和USB-IF是USB Implementers Forum的注冊商標(biāo)

Alder Lake三大架構(gòu)

Alder Lake可分Alder Lake P、Alder Lake S 及Alder Lake M三種架構(gòu)。表1百佳泰為您統(tǒng)整出3種Alder Lake架構(gòu)在CPU、Thunderbolt? 4型態(tài)、Thunderbolt? 4 Port的差異處：

表1

簡單來說，如果您是使用Alder Lake P 或 Alder Lake M的Chipset，那就不需使用額外的Thunderbolt? Controller即可實(shí)現(xiàn)Thunderbolt? 4功能。但若是使用Alder Lake S，則需要再加上Intel? Maple Ridge才有辦法獲得Thunderbolt? 4功能。

Thunderbolt? 4 Alder Lake 認(rèn)證流程

從現(xiàn)行的Thunderbolt? 4 Test Spec及Test Requirement來看，Alder Lake跟前一代的Tiger Lake在證要求是完全一樣的，測試要求如表2與表3所示：

1. Electrical Tests

表2

2. Functional Tests

表3

此外，同Tiger Lake，在執(zhí)行認(rèn)證時(shí)Vendor一樣可依需求選擇標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證流程（Standard Certification Process）或快速認(rèn)證流程（Fast Certification Process），兩種認(rèn)證過程差異如下：

圖1

圖2

若有量產(chǎn)交期壓力，那么選擇快速認(rèn)證流程會(huì)是比較合適的方案，但由于選擇快速認(rèn)證流程將無法得到Intel?的認(rèn)證補(bǔ)貼(EV部份)，所以總體來說認(rèn)證費(fèi)用會(huì)較高，反之，若有預(yù)算成本上的考慮，那么選擇標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證流程會(huì)比較合適，只是相對(duì)來說認(rèn)證的時(shí)間會(huì)較為冗長。

百佳泰為目前首波取得Thunderbolt? 4 Alder Lake Host認(rèn)證資格的實(shí)驗(yàn)室，不論是正規(guī)的認(rèn)證、Partial test或是SI Validation，我們都能提供相對(duì)應(yīng)的客制化服務(wù)來滿足所有需求。百佳泰豐富完善的Thunderbolt?標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證測試與技術(shù)咨詢服務(wù)，能協(xié)助相關(guān)廠商進(jìn)行認(rèn)證測試以符合Thunderbolt?規(guī)格要求并迅速取得標(biāo)志使用權(quán)。如您有相關(guān)測試需求或問題，歡迎聯(lián)系百佳泰cn_service@allion.com.cn

*Thunderbolt?是Intel Corporation的注冊商標(biāo)

*USB、USB4?、USB-C^?、USB Type-C^?和USB-IF是USB Implementers Forum的注冊商標(biāo)

圖1：HDMI、Thunderbolt及DisplayPort等高頻連接器

現(xiàn)階段，線纜連接器必須克服許多高頻信號(hào)問題，包含：衰減（Attenuation）、反射損失（Return Loss）、耦合問題（Crosstalk）、阻抗（Impedance）、走線（Trace）以及走線長度。然而，多少頻率以上稱之為高頻呢？400MHz、1GHz、5GHz還是10GHz呢？

如何避免反射波長

其實(shí)，高頻的定義可以看成是否有反射發(fā)生：當(dāng)電磁波在介質(zhì)（空氣或PCB）上傳遞的時(shí)候，如果是連續(xù)介質(zhì)，則不會(huì)反射；撞到不連續(xù)介質(zhì)時(shí)，若沒有反射發(fā)生，則該頻率在這個(gè)介質(zhì)上視為低頻；反之，若產(chǎn)生了反射，則視為高頻。因此，我們常常會(huì)聽到一種說法：「反射與波長有關(guān)」。

電磁波的傳遞速率又該如何跟波的運(yùn)動(dòng)結(jié)合呢？電磁波在空氣或真空中的傳遞速率為光速

而電磁波在介質(zhì)中傳遞的速率為

因此我們可以用此公式簡單的算出電磁波在介質(zhì)（例如：電路板）上的傳遞速率。

此時(shí)將波的速率與電磁波的速率公式合并，則可以獲得電磁波在介質(zhì)上傳遞時(shí)的波長：

波的反射概念：傳遞路徑的長度小于傳遞波長的 ，在此條件下不會(huì)發(fā)生反射。

簡單的來說，為了避免反射的發(fā)生，我們可以讓在PCB上走的電磁波的波長越長越好（ 大于Trace長度的4倍）。由以上公式可知，降低頻率與降低PCB的相對(duì)介電系數(shù)，即可讓波長變長。但實(shí)際上因?yàn)閭鬏斝枨?，?shù)據(jù)的傳輸速率無法隨心所欲地將頻率降低，PCB的介質(zhì)也不可能為1。

另一個(gè)方式：縮短Trace的長度，讓其長度小于傳遞波長的 。或許這個(gè)是個(gè)可行的方法，但是當(dāng)傳輸速率越快又或者高頻組件之間的位置限制，高頻Trace可能會(huì)有需要5～10cm的長度，縮短Trace長度又似乎未必可行。

高頻走線與阻抗設(shè)計(jì)

提到電路板的高頻走線，就會(huì)想到Trace的阻抗設(shè)計(jì)（Single-End 50Ω或者Differential 100Ω），而上面的說明卻都沒有提到任何的阻抗問題？上面所提的重點(diǎn)是：在無反射的條件下，不管頻率多高，Trace就沒有阻抗問題，亦即不需要做任何阻抗設(shè)計(jì)。

上一段提到，隨傳輸速率越來越高，縮短Trace 長度幾乎不可行。因此，拉長Trace必然會(huì)有反射產(chǎn)生，根據(jù)電磁波理論，不產(chǎn)生反射的另一個(gè)方法就是：Trace阻抗 = 負(fù)載阻抗 = 內(nèi)阻抗。

既然是淺談，就避開深?yuàn)W的理論。以這個(gè)概念來看：Trace阻抗 = 負(fù)載阻抗 = 內(nèi)阻抗，其實(shí)也是符合一開始所說的：只要是連續(xù)介質(zhì)就不會(huì)有反射發(fā)生。也就是說，三者阻抗相同，就等于阻抗從頭到尾是連續(xù)的介質(zhì)。

?反射與信號(hào)誤判

為什么不希望反射出現(xiàn)？反射意味著部分能量沒有被傳遞出去而返回到原處（發(fā)射端）。這好像沒什么，只要把發(fā)射端的能量再加大滿足接收端所需即可。但實(shí)際上，返回的能量會(huì)從原處再反射一次，因?yàn)椴ㄓ械拥男再|(zhì)，二次反射到接收端的波會(huì)與另一個(gè)波迭加，因而產(chǎn)生信號(hào)不完整。以數(shù)字信號(hào)來看，在接收端原本是1的信號(hào)因此可能變成0，而原本是0的信號(hào)而變成了1，造成了信號(hào)的誤判。

PCB板材挑選攻略

了解了反射所產(chǎn)生的信號(hào)問題后，還得挑對(duì)PCB，才能著手設(shè)計(jì)高頻PCB板。較?？吹降挠袃煞NPCB板材是FR4 與 Rogers。

PCB中的其中一項(xiàng)參數(shù)——相對(duì)介電系數(shù)左右了信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣

相對(duì)介電系數(shù)與頻率有關(guān)，頻率的高低變化伴隨著相對(duì)介電系數(shù)也跟著不同。這代表了甚么呢？由公式可以知道

以及

當(dāng)相對(duì)介電系數(shù)隨頻率高低而改變的時(shí)候，走在PCB板上的電磁波傳遞速率跟著變化、波長也跟著變化，此即是電磁波理論所提出的色散（Dispersion）現(xiàn)象，這種介質(zhì)稱為色散介質(zhì)或色散材料。色散對(duì)傳輸有甚么影響呢？

色散問題全面剖析

數(shù)字符信號(hào)是以方波的方式傳遞，也就是0跟1；從單一個(gè)的方波來看，他是由無數(shù)個(gè)不同頻率的sin波形成。簡化來看，由一個(gè)基本波與兩個(gè)奇次諧波迭加而成：

圖2：一個(gè)基本波與兩個(gè)奇次諧波迭加成數(shù)字方波

當(dāng)三種不同頻率波在PCB Trace上傳遞的時(shí)候，此時(shí)由于相對(duì)介電系數(shù)跟著不同，因此傳遞速率也跟著不同。也就是理想上，三種頻率速度相同，因此傳出到接收端還是一個(gè)完整的方波信號(hào)，但實(shí)際上，則不然：三種頻率有各有不同的速率，有的跑得快，有的跑得慢。如果Trace拉得夠長，反而會(huì)讓方波分解成三種頻率的電磁波，并以不同的時(shí)間到達(dá)接收端：

圖3：Trace與三種頻率

相同的High的信號(hào)，卻不同時(shí)間到達(dá)，振幅也下降，這會(huì)造成接收端判斷錯(cuò)誤造成誤碼。再者，這只是一個(gè)High的信號(hào)，如果后面又接連好幾個(gè)High跟Low信號(hào)，而后面速度快的超越了前面速度慢的波，此時(shí)接收端就更無法判斷數(shù)據(jù)的正確性。

上期說過，雖然我們設(shè)計(jì)了Trace阻抗（single-end 50Ω 或 differential 100Ω），可以讓Trace走很長也不會(huì)有反射的發(fā)生，但是當(dāng)遇到色散介質(zhì)?∈_r?(?f?)，也就限制了Trace長度。因此，即便我們做了阻抗設(shè)計(jì)，仍還是希望Trace走線能夠設(shè)計(jì)多短就多短。

FR4與Rogers材料比較

有了相對(duì)介電系數(shù)與色散現(xiàn)象的概念后，現(xiàn)在來看FR4與Rogers的材料。下圖3是FR4與Rogers的相對(duì)介電系數(shù)對(duì)頻率的變化：

圖3：FR4與Rogers的相對(duì)介電系數(shù)對(duì)頻率的變化

（數(shù)據(jù)源：RO4000? Series High Frequency Circuit Materials DATA SHEET）

由圖3可知，F(xiàn)R4的 ∈_r ( f )?對(duì)頻率變化相當(dāng)劇烈，而Rogers（RO開頭系列）則穩(wěn)定許多。假設(shè)今天使用的傳輸速率的頻率范圍很寬，例如：PRBS31，那么選擇FR4就必須相當(dāng)注意色散問題，若要降低色散問題，Trace就要盡可能的短。

大家或許會(huì)說：為了一勞永逸，干脆直接選擇Rogers板材，問題就解決了！這個(gè)答案是正確的，但是因?yàn)镽ogers板材成本很高，所以必須三思。該怎么降低成本、信號(hào)質(zhì)量又該如何維持而能達(dá)到通訊的需求？一直是專業(yè)的Layout工程師思考要如何取得平衡的點(diǎn)。

最后，為什么我們這邊一直沒有提到 ∈_r ( f )?對(duì)Trace阻抗的影響呢？實(shí)質(zhì)上是會(huì)影響的，但是為了避免分析與說明太過于紊亂，因此把阻抗設(shè)計(jì)的問題理想化。

PCB板的Layout設(shè)計(jì)

上文說明了高頻與電路板之間的關(guān)系，例如如何挑選合適材料又兼顧成本考慮。本篇要來和大家分享高頻PCB板設(shè)計(jì)的最后一哩路，也就是PCB上面的Layout設(shè)計(jì)。

PCB上的Layout該怎么設(shè)計(jì)呢？大家第一個(gè)反應(yīng)就是：跑模擬。模擬軟件相當(dāng)便利，可節(jié)省不必要的成本與時(shí)間，但是模擬參數(shù)該如何制訂？預(yù)期的模擬結(jié)果該如何計(jì)算？首先須具備核心概念才能著手進(jìn)行Layout設(shè)計(jì)，因此本篇短文會(huì)針對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

3大波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)分析

在制作高頻電路板的時(shí)候，第一個(gè)問題就是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的選擇。本篇介紹三種基本的傳輸結(jié)構(gòu)：Microstrip、Stripline以及Coplanar Waveguide（共面波導(dǎo)）。

圖5：三大波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

Microstrip：架構(gòu)最為簡單，設(shè)計(jì)也簡單。但由于架構(gòu)簡單，在相同的PCB基板條件下，能夠變化的物理參數(shù)不多，例如線寬、線厚與基板厚度。

當(dāng)頻率越來越高，Microstrip還會(huì)有一個(gè)問題：Trace上方是空氣?∈_eff? = 1，而下方的基材 ?∈_eff? ≠ 1，此上下場型會(huì)有不對(duì)稱的情況發(fā)生，而使得電磁波場型不對(duì)稱，在傳輸上對(duì)信號(hào)質(zhì)量會(huì)有影響。

Stripline：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，上方與下方基材的?∈_eff? 可以使用接近基板，使得電磁波的場型完整。另外，Stripline高頻走線相互之間不會(huì)有遠(yuǎn)程串音（FEXT）的影響。

由于走內(nèi)層，需要依靠灌孔與外部零件連接，因此多余via段（稱為Stub）會(huì)造成信號(hào)衰減與反射問題。減少此問題的方法就是使用背鉆或是盲孔，但這又會(huì)導(dǎo)致成本上升。

Coplanar Waveguide：類似Microstrip，走線的兩旁用ground包覆（鋪銅導(dǎo)地），形成Waveguide的形狀。而相較于Microstrip，Coplanar Waveguide能夠變化的物理參數(shù)就比較多，例如走線與ground的距離、ground上的via與走線距離。

由于Coplanar Waveguide兩旁是GND，因此可以降低Crosstalk的影響。但在設(shè)計(jì)上有個(gè)瓶頸：當(dāng)應(yīng)用上有密度較高的高頻走線的時(shí)候，例如PCIe，則此結(jié)構(gòu)未必有足夠的空間可以在走線的兩側(cè)鋪銅接地。

本篇PCB技術(shù)淺談，著重在波反射、信號(hào)誤判、板材挑選、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等，事實(shí)上高頻PCB的設(shè)計(jì)與制造還須考慮眾多量測參數(shù)，包含S參數(shù)、串音耦合、PRBS、DC Balance（8B10B）等等，后續(xù)有機(jī)會(huì)將會(huì)繼續(xù)用技術(shù)短文的方式與大家分享。

高頻量測與治具設(shè)計(jì)服務(wù)

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雖然Intel早于2009年就首次對(duì)外界宣布Thunderbolt技術(shù)，當(dāng)時(shí)研發(fā)代號(hào)稱為Light Peak的高速傳輸技術(shù)與解決方案；但直到2011年，Thunderbolt技術(shù)才正式應(yīng)用在Apple一系列的新款Mac系統(tǒng)上，并因此一炮而紅。然而，由于系統(tǒng)規(guī)格與線材成本方面等因素，使得Thunderbolt技術(shù)在市場上的滲透率始終無法有效提升，亦缺乏相關(guān)外圍產(chǎn)品的開發(fā)支持。

時(shí)至2013年；基于Intel自身力拱的Ultrabook概念，電腦終端產(chǎn)品逐漸朝向輕薄、短小的設(shè)計(jì)方向發(fā)展以及日益劇增的多媒體傳影音傳輸需求，對(duì)于擁有高速傳輸技術(shù)特性的Thunderbolt來說，終于是集合了天時(shí)、地利、人和等因素，不但能為新一代產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上提供更多的可能性外，在市場的滲透率也期待在2013下半年開始提升，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模也預(yù)計(jì)同時(shí)發(fā)酵。值得注意的是，Intel近期更進(jìn)一步發(fā)布第二代的Thunderbolt技術(shù)規(guī)格，除了帶大家體驗(yàn)20 Gbps的雙向數(shù)據(jù)傳輸高帶寬、同步傳輸并顯示高達(dá)4K的高畫質(zhì)影片外，更可以向下兼容于目前Thunderbolt 1.0的纜線、儲(chǔ)存以及顯示屏幕等連接裝置。

從技術(shù)面來看，Thunderbolt不僅能同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)與高畫質(zhì)顯示畫面，更突破性的把PCIe的接口從內(nèi)部總線拉到外接來使用，讓原本可以裝置在PCIe接口上的各種產(chǎn)品，皆可應(yīng)用在Thunderbolt上。換言之，Thunderbolt技術(shù)能將圖像處理器、內(nèi)存以及屏幕顯示設(shè)備等外圍應(yīng)用全部整合至單一接口，取代現(xiàn)行的其他總線裝置如DVI、SATA、USB或HDMI等等，成為個(gè)人電腦或筆記本電腦對(duì)外鏈接的單一總線。這不但能提升不同裝置間的互聯(lián)及互操作性外，更為輕薄短小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一項(xiàng)更靈活簡化的薄型化解決方案。于此同時(shí)，相關(guān)Thunderbolt認(rèn)證也將成為必要且不容小覷的過程，而百佳泰身為Thunderbolt微軟操作系統(tǒng)主機(jī)裝置測試實(shí)驗(yàn)室，將完整提供Thunderbol認(rèn)證測試與專業(yè)咨詢服務(wù)，協(xié)助相關(guān)廠商進(jìn)行認(rèn)證測試以符合Thunderbol規(guī)格要求并迅速取得標(biāo)志使用權(quán)。

隨著越來越多微軟操作系統(tǒng)x86的主機(jī)裝置、電腦、顯示器以及筆記本電腦相繼提供Thunderbolt技術(shù)，并整合相關(guān)系統(tǒng)支持、芯片模塊與外圍應(yīng)用，Thunderbolt高擴(kuò)充性的應(yīng)用將挾帶高帶寬的壓倒性優(yōu)勢，成為革命性的高速傳輸技術(shù)接口。透過高速全雙向雙工的10Gbps帶寬（目前的版本）并結(jié)合PCIe和DisplayPort雙重技術(shù)協(xié)議，單單運(yùn)用一條Thunderbolt即能進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（PCIe）與高畫質(zhì)視訊（DisplayPort）的傳輸。未來在20 Gbps速率的版本推出后，更能讓主機(jī)在把4K影像播放到屏幕時(shí)，同步傳輸?shù)絻?chǔ)存裝置，滿足用戶在大量高畫質(zhì)影音數(shù)據(jù)傳輸與播放上的需求，可望為Thunderbolt與4K電視帶來新的雙贏局面。

另外，透過菊花鏈裝置架構(gòu)、電纜或光纖傳輸線材以及高同步低延遲的訊號(hào)橋接時(shí)間等效能優(yōu)勢，Thunderbolt技術(shù)讓單一接口就能鏈接多元的外圍裝置以及各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而研發(fā)開創(chuàng)新的電腦設(shè)計(jì)模塊與架構(gòu)。也就是說，個(gè)人電腦或主機(jī)裝置將可透過由Thunderbolt連接的儲(chǔ)存裝置與屏幕顯示器等周邊裝置，進(jìn)行最多六臺(tái)裝置的串聯(lián)，提升不同使用情境的擴(kuò)充規(guī)模。

由于Thunderbolt相關(guān)平臺(tái)、裝置以及成本都已陸續(xù)到位，屆時(shí)將有更多產(chǎn)品會(huì)導(dǎo)入Thunderbolt技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)與應(yīng)用。而當(dāng)各廠商蓄勢待發(fā)欲將自家產(chǎn)品搭載Thunderbolt技術(shù)時(shí)，就必須面對(duì)Intel對(duì)于Thunderbolt所推出的一系列認(rèn)證測試與操作系統(tǒng)支持等不同的驗(yàn)證階段。依據(jù)Intel的政策，Thunderbolt產(chǎn)品皆需經(jīng)過測試認(rèn)證才能上市，而 Thunderbolt認(rèn)證計(jì)劃的目的即是為協(xié)助廠商所研發(fā)設(shè)計(jì)的Thunderbolt裝置或周邊產(chǎn)品能符合Intel統(tǒng)一公布的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使順利通過認(rèn)證的裝置能有效地與特定操作系統(tǒng)進(jìn)行高速互聯(lián)溝通，造就絕佳化的傳輸接口用戶經(jīng)驗(yàn)。

除了提供Thunderbolt認(rèn)證計(jì)劃與相關(guān)裝置的前測流程，百佳泰也同時(shí)一站到位地可執(zhí)行HDMI與DisplayPort等標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，亦針對(duì)不同的裝置，提供您最全面性的兼容性測試服務(wù)，讓您的產(chǎn)品能完整兼容于其他各式的Thunderbolt裝置。透過最專業(yè)的Thunderbolt技術(shù)咨詢顧問，我們?yōu)槟漠a(chǎn)品在認(rèn)證測試前就能實(shí)時(shí)發(fā)掘錯(cuò)誤并找出可能肇因，進(jìn)而除錯(cuò)提出解決方案，最后也協(xié)助您確認(rèn)相關(guān)認(rèn)證測試的文件以利提交認(rèn)證申請(qǐng)。