Sandy Chang – Technical Director, GRL
대부분의 사람들은 USB 케이블이 패시브와 액티브의 두 가지 유형으로 나뉜다는 것을 알고 있습니다. 그러나 이 두 가지의 정확한 차이점은 잘 알려지지 않은 경우가 많습니다. 이 글에서는 USB4® 패시브 케이블*의 주요 특징을 살펴보고, 시장 성공을 위해 따라야 할 테스트 및 인증 프로세스에 대해 중점적으로 설명합니다.
USB Type-C®의 이
패시브 USB 케이블은 다양한 길이와 성능 사양으로 제공됩니다(아래 표 1 참조).
- USB4 2세대 패시브 케이블: 길이 2m 미만, 최대 전송 속도 20G(10G x 2)
- USB 3.2 Gen1 패시브 케이블: 길이 2m 미만, 최대 전송 속도 5G
- USB 3.2 Gen2 패시브 케이블: 길이 1m 미만, 최대 전송 속도 20G(10G x 2)
* 참고 1: 이 케이블은 모든 5A 케이블이 EPR 지원 버전이 되도록 하기 위해 더 이상 사용되지 않습니다.
* 참고 2: 표에 나열된 케이블 길이는 정보 제공을 위한 것이며, 예상되는 요구 사항을 기반으로 한 실제 길이를 나타냅니다.
표 1. USB Type-C® 표준 케이블 어셈블리
(출처: Universal Serial Bus Type-C 케이블 및 커넥터 사양 릴리스 2.1)
USB4에 대한 일반적인 질문
이처럼 다양한 제품은 소비자에게 많은 편리함을 제공하지만, 동시에 궁금증을 불러일으키기도 합니다. 가장 자주 묻는 몇 가지 질문에 대한 답변은 다음과 같습니다:
1. 새로 구입한 USB4 20G 케이블을 사용하여 USB4 호환 컴퓨터를 USB3 Gen2 하드디스크에 연결할 때 최대 속도로 작동하지 않는다는 창이 뜨는 이유는 무엇인가요?
표 2(아래)에서 볼 수 있듯이, 2m 길이의 USB4 Gen2 수동 케이블은 최대 USB4 20G 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다. 그러나 USB 3.2 Gen2 하드디스크에 연결하면 USB 3.2 Gen1의 최대 속도, 즉 5G로만 전송할 수 있습니다. USB3 Gen2 하드디스크는 최대 10G의 속도를 지원하도록 설계되었습니다. 그러나 속도가 5G로 떨어지면 디스크는 케이블이 지원하지 않더라도 장치가 더 빠른 속도로 전송할 수 있음을 알리는 팝업 메시지를 자동으로 사용자에게 보냅니다.
표 2: USB4 Gen2 케이블 길이 및 지원 속도
2. 20G를 전송할 때 USB4 케이블의 길이가 USB3 케이블의 2배가 되는 이유는 무엇인가요?
표 3(아래)은 USB4 Gen2와 USB3 Gen2의 전송 속도가 모두 20Gbps이지만 시스템 손실 할당에 따라 지원할 수 있는 패시브 케이블 길이가 다르다는 것을 보여줍니다. USB4 사양은 썬더볼트 3(TBT3)에서 파생된 것으로, 주로 DisplayPort 및 PCIe 신호를 전송합니다. 더 큰 화면을 수용하기 위해 TBT3 Gen2는 2m 패시브 케이블을 지원해야 하므로 USB4 Gen2도 2m 길이를 지원해야 합니다. 그러나 USB3 및 USB4 케이블의 경우 송신기 및 수신기 단자는 나이퀴스트 주파수에서 최소 23dB(호스트 PCB, 케이블 및 장치 PCB 포함)의 시스템 손실을 허용해야 합니다.
표 3: USB 3.2 Gen2 및 USB4 Gen2 케이블의 시스템 손실 할당량
USB 3.2 Gen2를 살펴보면, 지정된 23dB@5GHz(나이퀴스트 주파수)에 따른 삽입 손실 구성은 다음과 같습니다:
호스트(8.5dB) - 케이블(6dB) - 장치(8.5dB) - 케이블 6dB@5GHz - 삽입 손실은 케이블 길이가 1m인 경우와 동일합니다.
* 참고: USB4 Gen2 케이블은 동일한 시스템 손실에서 2m를 지원해야 합니다. 이를 달성하는 유일한 방법은 호스트와 디바이스 양쪽 끝에서 손실을 줄이는 것입니다. 이것이 바로 USB4 및 TBT3용 IC가 USB-C 커넥터에 매우 근접한 이유입니다.
호스트(5.5dB) - 케이블(11.5dB) - 디바이스(5.5dB) - 11.5dB@5GHz - 삽입 손실은 케이블 길이 2m에 해당합니다.
3. USB Type-C 케이블을 사용할 때 새 컴퓨터에서 연결 속도가 느려지는 이유는 무엇인가요?
오늘날의 가볍고 얇은 컴퓨터에는 1.5m~2m의 USB Type-C(USB 2.0) 케이블과 함께 USB Type-C 충전기가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 이 길이의 케이블은 충전은 용이하지만 고속 데이터 전송은 지원하지 않는 경우가 대부분입니다. 이를 위해서는 최대 480Mbps의 속도를 제공하는 USB4 또는 TBT3를 지원하는 USB Type-C 고속 케이블을 추가로 구입해야 합니다.
4. 고속 전송을 제공하는 USB Type-C 케이블에는 어떤 종류가 있나요?
- USB4 케이블 로고
SuperSpeed USB 10Gbps(10Gx1), SuperSpeed USB 20Gbps(10Gx2) 및 USB4 20Gbps(10Gx2) 케이블은 최대 20Gbps의 전송 성능을 제공합니다. 다양한 로고로 인한 사용자 혼동을 피하기 위해 USB IF는 개별 SS USB 10Gbps 및 SS USB 20Gbps 케이블 인증 및 로고를 버리고 단일 USB 20Gbps 케이블 인증 및 로고를 도입했습니다(그림 1 참조).
그림 1: 이전 및 새 USB 케이블 로고
(출처: USB-IF Logo License – Trademark Requirements Chart）
빠른 속도를 보장하려면 제품 포장에 인증된 USB 20Gbps 로고가 있는지 확인하고, USB 3.2 Gen2를 지원하는 1m 이하의 패시브 케이블을 선택한 후 제조업체에서 제공하는 성능 세부 정보를 참조하세요(위 표 2 참조). 또는 인증된 USB 40Gbps 케이블을 구입할 수도 있습니다. 또 다른 선택은 액티브 케이블을 구입하는 것입니다.
표 4: USB4로고
(출처: USB-IF Logo License – Trademark Requirements Chart）
기본 USB4 Gen3 케이블 인증 테스트
USB4 케이블 인증 테스트는 인증된 커넥터를 사용해야 합니다. USB3 Gen1/2 및 USB4 Gen2 Type-C 케이블 테스트는 6가지 주요 항목(아래 표 5의 B-1 ~ B5 및 B7 참조)을 다루며, USB4 Gen3 케이블은 추가 테스트(B8)를 요구합니다. B6은 기본 항목이 아닙니다.
주요 테스트 항목은 다음과 같습니다:
- B-1 – eMarker Test, Plug & Play Test, Wobble Test, and Vbus/Gnd Voltage Drop Test
- B-2 – USB 2.0 Electrical Characteristics Test
- B-3 – USB 3.2 Electrical Characteristics Test
- B-4 – EMI/RFI Shielding Effect Test
- B-5 – Connector Overmolding Dimensions and EMC Tabs
- B-7 – Torque Test
- B-8 – USB4 Electrical Characteristics (USB4 Gen3)
표 5: 1차 자격 승인 테스트(출처: USB-C CableConn CTS 2.1b)
USB4 cable 추가 테스트
고객은 테스트 연구소에 50개의 케이블을 제공하고, 이 중 10개가 선택됩니다. USB4 케이블의 고속 전송 품질을 보장하는 USB IF의 목표에 따라, 인증을 받으려면 테스트를 위해 선택된 10개 케이블이 모두 통과해야 합니다. 이를 통해 고객은 인증된 케이블을 구매하면 고속 40G 전송이 가능하다는 확신을 가질 수 있습니다.
USB4 케이블 인증 테스트에는 USB3 케이블의 모든 주요 테스트 항목이 포함되며, USB-C 기능 테스트 버전 0.88에 따른 B-1 e-Marker 테스트와 B-8 전기적 특성(고주파 신호 품질) 테스트가 추가됩니다.
B-8(USB4 전기적 특성) 테스트는 기본적으로 B-3(USB 3.2 전기적 특성)과 테스트 항목이 동일하지만 사양 요구 사항이 더 엄격하고 COM 테스트가 추가되었습니다(비교 세부 사항은 표 6 참조).
Key points include:
- USB4 Gen3 케이블 테스트는 벡터 네트워크 분석기로 S4P 데이터를 캡처한 다음 Get iPar 소프트웨어를 사용하여 처리합니다.
- 최대 Insertion Loss Fit frequency가 10GHz에서 15GHz로 증가했습니다.
- 크로스토크 테스트: USB3는 단일 채널 전송만 지원하지만 USB4는 2채널 전송을 지원합니다. 이에 따라 두 채널 간의 포트 간 누화 테스트와 DP Alt 모드에서의 누화 테스트가 추가되었습니다.
- COM(채널 동작 마진) 테스트: COM 테스트 방법은 IEEE 802.3에서 유래했습니다. 이 테스트는 케이블의 파라미터 S를 USB4 Tx/Rx 이퀄라이저, 지터 및 노이즈와 결합하고 통계 분석을 사용하여 채널(케이블) 특성을 추정하는 데 필요한 신호 대 잡음비를 계산하는 방식으로 이루어집니다. COM 테스트 결과는 3보다 커야 합니다.
자세한 업데이트 테스트는 다음과 같습니다:
- TD 4.1.3 Unpowered Cable Test
- TD 4.13.5 Cable EnterUSB and Data Reset Test
- TD 4.14.x Test
- TD 4.14.1 Cable Vconn Swap Test
- TD 4.14.2 Cable Reset Test
- TD 4.14.3 Cable Alternate Mode Test
- TD 4.14.4 Cable USB 3.2 Test
- TD 4.14.1 Cable Vconn Swap Test
- TD 4.14.2 Cable Reset Test
- TD 4.14.3 Cable Alternate Mode Test
- TD 4.14.4 Cable USB 3.2 Test
그림e 2: COM 테스트 분석
표 6: 케이블 CTS 테스트 그룹 B-3 및 B-8 테스트 비교
또한 USB4 패시브 케이블은 TBT3를 지원해야 하므로 추가적인 TBT3 호환성 테스트가 필요하다는 점에 유의해야 합니다.
Conclusion
USB Type-C 케이블은 동일한 전송 속도를 지원하지만 케이블 길이에 따라 차이가 발생할 수 있으며, 이는 주로 시스템 손실로 인한 것입니다. 충전과 관련하여 케이블은 최소한 USB 2.0 USB Type-C 사양을 준수해야 합니다.
USB4 Gen3 케이블 인증을 받으려면 TBT3와의 호환성 및 전송 속도 향상이 필요합니다. 동시에 검증을 위해 전자 마커, 크로스토크 및 COM 테스트 항목이 추가됩니다.
GRL은 동관, 상하이, 타이베이에서 완벽한 USB 케이블 및 제품 테스트와 인증을 제공하는 USB IF 공인 인증 시험소입니다.
Reference
- USB Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.1, May 2021
- USB Type-C Connectors and Cable Assemblies Compliance Document, Revision 2.1b, June 2021
- USB4® Specification, Ver 1.0 with Errata and ECN through May 19, 2021
- USB Type-C Functional Test Specification, Chapter 4 and 5, May 23, 2021, Rev 0.88
Author
Sandy Chang – Technical Director, GRL
샌디는 업계에서 10년 이상의 전문 경력을 쌓았으며 현재 GRL(타이페이)의 Technical Director로 재직 중입니다. GRL 테스트 팀 리더인 그녀는 Thunderbolt 및 USB Type-C와 같은 고속 인터페이스와 관련 테스트 사양에 대한 전문가입니다.
Specifications and descriptions in this document can be subjected to changes by GRL without prior notice.
Release date: 2021/07/26 AN-210726-TW
