Käytämme monenlaisia USB-johtoja joka päivä laitteiden kytkemiseen ja lataamiseen. Kaikki tietokoneita ja niiden oheislaitteita käyttävät tietävät, että USB-A- ja USB-B-standardiliittimet on kytkettävä tietyn suuntaisesti, ja useimmilta meiltä oikean suunnan löytäminen vaatii parikin yritystä. C-tyypin USB korjaa tämän ongelman, mutta tuo mukanaan melkoisia haasteita suunnittelijoille.

Olemassa oleviin USB-johtoihin verrattuna C-tyypin USB-johdot tarjoavat huomattavan käytännön edun ollen sekä symmetrisiä että kaksisuuntaisia. USB-C on läpimurtostandardi, joka on suunniteltu vastaamaan uusien ja yhä pienempien sekä ohuempien tietokoneiden ja laitteiden, suurempien nopeuksien, lisääntyneen virrankulutuksen ja joustavuuden teknologisiin vaatimuksiin.

USB-C-liitäntä tarjoaa:
- USB 2.0:n dynaamisen virran ja tiedonsiirron muilla protokollilla
- kyvyn toimia tärkeimpänä liitäntänä useille uusille ja tuleville laitteille
- alaspäin yhteensopivuuden
- kaksisuuntaisuuden tarjoaman helppokäyttöisyyden

USB-C-liitännän kanssa yhteensopivia tuotteita käyttävät kuluttajat tulevat pitämään liitäntää paljon parempana ja helppokäyttöisempänä. Insinöörien suunnittelu- ja testaustyö puolestaan muuttuu monimutkaisemmaksi, kun he joutuvat ottamaan huomioon USB-C-liitännän tarjoamat monet erilaiset käyttömahdollisuudet.

Suunnittelu- ja testausinsinöörit kohtaavat useita haasteita päivittäessään tuotteitaan USB-C-yhteensopiviksi ja integroidessaan niihin USB-C-liitäntää, koska samalla on varmistettava yhteentoimivuus ja noudatettava testausvaatimuksia. Aiemmat versiot, joissa oli 4- tai 8-napainen virta, maadoitus ja datayhteys, muuttuvat 24-napaisiksi varustettuna useilla virta-, maadoitus- ja lähetys/vastaanottolinjoilla, ohjauslinjoilla jne. Lisäksi yhteensopivuuden testistandardeja on tullut lisää ja niistä on tullut monimutkaisempia suurempien tiedonsiirtonopeuksien, lisääntyneiden tehovaatimusten ja lisätoiminnallisuuksien takia.

USB-C-johto ja liitin ovat yhteensopivia aikaisempien USB-versioiden kanssa, mutta ne tarjoavat myös lisää toiminnallisuuksia tehonhallintaan ja tiedonsiirtoon. USB-C kykenee siirtämään dynaamista tehoa jopa 20 volttia, 5 ampeeria ja 100 wattia ja lataamaan erilaisia laitteita. Lähetys/vastaanottopareja (Tx/Rx) voidaan käyttää USB- tai "vierasprotokollilla", kuten DisplayPort-, MHL- tai Thunderbolt-liitännöillä, jolloin on mahdollista siirtää tietoja sekä video- ja audiosignaaleja nopeasti USB:n lisäksi.

USB-C:n tiedonsiirtonopeus on jopa 20 gigabittiä sekunnissa (Thunderbolt), ja tulevaisuudessa voidaan saavuttaa jopa 40 gigabitin nopeus. Nämä uudet ominaisuudet yksinkertaistavat kuluttajien elämää, mutta toisaalta ne asettavat suunnittelu- ja testausinsinööreille suuremman haasteen, kun he pyrkivät varmistamaan USB-liitäntänsä ja laitteiden yhteensopivuuden suorittamalla USB-IF-järjestön standardinmukaisuuden testejä.

Tämän uuden monimutkaisuuden käsittely alkaa sen ymmärtämisellä, miten USB-C-laite tulee toimimaan niin aikaisin suunnitteluprosessissa kuin mahdollista. Fyysinen kerroksen suunnittelusimulointi auttaa varmistamaan sijoittelun niin, että linkin suorituskyky on ihanteellinen. Samalla varmistetaan tulevien suunnittelujen testauksen yhdenmukaisuus ja vältytään uudelleensuunnitteluilta myöhemmässä vaiheessa. Jotta kalliita prototyyppikierroksia ei tarvitsisi uusia ja ongelmat kyettäisiin tunnistamaan mahdollisimman varhain, on parasta tehdä mallisimulaatioita yhteensopivuuden testaamiseksi.

USB-C-määritykset tuovat fyysisille prototyypeille monia uusia testaus- ja validointivaikutuksia. Onnistunut testaus edellyttää äärimmäisen tarkkoja ja standardinmukaisia testausinstrumentteja, -ohjelmistoja ja -laitteistoja. Kaikki alkaa USB:n tehonsiirrosta. Yksittäinen konfigurointikanavalinja tarkistaa, mitä muita tiloja on käynnissä, kuinka virta kulkee ja mitkä ovat latauksen syötön suhteet.

Käytetystä teknologiasta riippuen (USB, DisplayPort, Thunderbolt jne.) kyky mitata ja validoida lähetetyn signaalin tärkeimmät ominaisuudet (esimerkiksi ajoitus, jälkikorjaus ja ylitys) nopeasti ja tarkasti on ensiarvoisen tärkeä lähetintestin onnistumisen kannalta. Joustava signaalinenerointi ja bittivirheen tunnistus ovat avainasemassa vastaanotintestin validoinnissa.

Kaapeleiden kanssa työskenteleville on kriittistä korjata nopeasti järjestelmän suorituskykyyn negatiivisesti vaikuttavat signaalin eheysongelmat siirtonopeuksien noustessa samalla, kun liitännän testaus ja karakterisointia nopeutetaan. Lisäksi täytyy ottaa huomioon suurinopeuksisen liitännän analyysianalyysi, mukaan lukien impedanssi, sirontaparametrit ja silmädiagrammit.

USB-C-liitäntä yksinkertaistaa elämäämme monin tavoin, mutta sen taustalta löytyy paljon monimutkaisuutta liitännän toteuttaville insinööreille. Keskitytpä sitten suunnitteluun tai validointiin, päämääräsi USB-C:n kanssa on edetä virheenkorjauksesta karakterisointiin ja siitä vaatimustenmukaisuuteen sekä valmiiseen tuotteeseen niin nopeasti kuin mahdollista.

Artikkelin on kirjoittanut Keysight Technologiesin Tami Pippert.