USB Type-C 와이어 하니스 설계: 1.2 사양 분석 및 제조 장인 정신

2026-02-06
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지난 10년 동안 와이어 하니스 산업의 USB에 대한 이해는 주로 "4선(VBUS, D+, D-, GND)" 시대에 머물러 있었습니다. 그러나 USB Type-C™ 사양(특히 버전 1.2)의 광범위한 채택으로 우리 업무의 성격이 근본적으로 바뀌었습니다. Type-C는 단순한 커넥터 모양의 변화가 아닙니다. 이는 케이블을 수동적인 "전선"에서 지능형 통신이 가능한 "활성 구성 요소"로 변환합니다.

USB Type-C 와이어 하니스 설계

최신 USB Type-C 사양을 바탕으로 업계의 와이어 하니스 설계 및 제조에 참고가 되기를 바라며 다음 설계 통찰력을 정리했습니다.

1. 물리적 과제: 고밀도 및 소형화

Type-C의 첫 번째 충격은 물리적입니다. 사양은 리셉터클 시스템 높이가 3mm 미만임을 명확히 명시하고 있으며, 이는 **커넥터 종단(Connector Termination) 및 오버몰딩(Over-molding)**에서의 공차 제어가 매우 엄격해야 함을 의미합니다.

  • 설계 통찰력: 이전 Standard-A의 경우 납땜 접합 간격이 크고 결함 허용 오차가 높았습니다. 이제 Type-C 피치 값은 매우 작아 핫바(Hot Bar) 납땜 공정에 도전하고 있습니다. 한편, 플러그가 두 "가역" 방향 모두에서 10,000회 이상의 삽입 주기를 달성하도록 보장하기 위해 단자 탄성과 도금 내마모성은 수입 품질 관리(IQC)의 핵심 초점이 되었습니다.

2. 핀아웃 재구성: 단순한 전선 순서 교환 그 이상

Type-C의 가장 매력적이면서도 골치 아픈 기능은 가역 플러그(Reversible Plug) 및 양방향 삽입입니다. 이는 단순한 물리적 대칭이 아니라 복잡한 핀아웃 매핑에 의존합니다.

USB Type-C 리셉터클 인터페이스

(참고: 리셉터클 상단 및 하단 행의 대칭 접점 레이아웃에 주목하십시오)

USB 풀 기능 Type-C 플러그 인터페이스

(참고: 플러그에는 하나의 CC 핀만 연결되어 있으며, 이는 와이어 하니스 제조에서 매우 중요합니다)

  • 핵심 와이어 하니스 설계 포인트:

    1. 신호 무결성(SI): 그림에서 볼 수 있듯이 TX/RX는 대각선으로 대칭입니다. 풀 기능 케이블(Full-Featured Cable) 설계에서 우리는 차동 임피던스(90Ω) 및 쌍 내 스큐(Intra-pair Skew)를 엄격하게 제어해야 합니다. 미래의 주파수 확장을 지원하기 위해 **차폐(Shielding)** 처리(예: 편조 밀도, 알루미늄 호일 래핑)는 EMI 테스트 성공 여부를 직접 결정합니다.

    2. SBU 핀: 사이드밴드 사용 핀(SBU1/SBU2)은 오디오 또는 대체 모드용으로 예약되어 있습니다. 이 두 전선은 비표준 와이어 하니스에서 무시할 수 없으며, 그렇지 않으면 일부 도킹 스테이션 기능이 실패합니다.

    3. USB 2.0 특성: 사양은 Type-C 케이블이 USB 2.0 D+/D- 한 세트만 구현하면 된다고 명시합니다. 이는 리셉터클에 두 세트의 D+/D-가 있지만, 우리는 한 세트만 배선하면 되고 다른 세트는 리셉터클 끝에서 내부적으로 단락되거나 로직을 통해 처리됨을 의미합니다.

3. CC 채널

VBUS가 혈관이라면 구성 채널(Configuration Channel, CC)은 신경입니다. 다음을 결정합니다:

  • 연결 감지: 호스트에게 "내가 꽂혔다"고 알립니다.

  • 방향 식별: 장치에게 "내가 똑바로 있는지 거꾸로 있는지" 알려주어 데이터가 어떤 차동 쌍을 통과할지 결정합니다.

  • 전력 협상: 5V/500mA를 사용할지 고전압/고전류 PD 프로토콜을 사용할지 결정합니다.

  • 엔지니어링 경고:
    와이어 하니스 연속성 테스트 중 CC 라인의 저항 값(Ra/Rd/Rp) 확인은 매우 중요합니다.

    • VCONN 도입: 사양은 케이블을 통해 연결되지 않은 플러그의 CC 핀이 VCONN으로 재정의될 것임을 나타냅니다. 이는 호스트(VCONN)에서 전력을 가져와 케이블 내부의 E-Marker 칩을 구동하기 위해 플러그 PCB에 회로를 설계해야 함을 의미합니다. 이것은 더 이상 순수 구리선이 아니라 전원 공급 루프가 있는 시스템입니다.

4. 전력 전달(Power Delivery)

Type-C는 전력 전달에서 매우 공격적입니다. VBUS 전류 레벨을 정의합니다:

  • 기본(500/900mA)

  • 1.5A

  • 3.0A

  • 5.0A (PD 및 E-Marker 필요)

  •  

    1. 와이어 게이지(AWG) 선택: 표준 Type-C 케이블 어셈블리는 3A로 정격됩니다. 클라이언트가 100W(20V/5A) 이상 지원을 요청하는 경우 5A 정격 와이어를 사용해야 합니다. 이는 직접적으로 케이블 외경(OD)이 두꺼워지고 유연성이 감소하게 합니다. 온도 상승 테스트(일반적으로 단자 온도 상승이 30°C를 초과하지 않도록 요구)를 통과하면서 케이블 유연성을 유지하는 방법은 구조 엔지니어와 케이블 엔지니어 간의 주요 쟁점입니다.

    2. 전압 강하 제어: VBUS는 고전류를 전달할 수 있으므로 VBUS 및 GND의 루프 저항(IR Drop)을 엄격하게 계산해야 하며, 필요한 경우 접지 차폐를 반환 경로로 추가해야 합니다.

      선택 통찰력:

       

5. E-Marker 및 규정 준수

모든 USB 풀 기능 Type-C 케이블은 전자 마킹(Electronically Marked) 케이블입니다.

  • 제조 공정 변화:
    이전에는 물리적 연결(납땜/압착)만 하면 되었습니다. 이제 풀 기능 케이블을 생산할 때 플러그 PCB에 E-Marker 칩을 납땜하고 VCONN을 통해 전원을 공급하며 CC 라인의 BMC 통신을 통해 정보를 프로그래밍해야 합니다.

    • 테스트 단계: 생산 라인 테스트 장비는 케이블이 그 기능(예: "나는 5A 지원 케이블입니다")을 올바르게 알리는지 확인하기 위해 E-Marker 판독 단계를 추가해야 합니다.

     

6. 어댑터

합법적인 어댑터(예: Type-C to A Male, Type-C to Micro-B)와 관련하여 사양은 특정 "참고"를 추가합니다:

"USB Type-C receptacle to USB legacy adapters are explicitly not defined or allowed."
(명시적으로 정의되지 않거나 허용되지 않음)

  • 함정 가이드:
    엔지니어로서 우리는 종종 고객으로부터 "Type-C 암-USB-A 수 어댑터 만들기"와 같은 이상한 맞춤형 요청을 받습니다. 사양 1.2에 따르면 이는 규정 위반입니다. 이는 사용자가 불법 케이블 조합(예: A-to-A)을 조립하여 장치를 태울 가능성이 있기 때문입니다. 프로젝트 검토 단계에서 사양에 따라 이러한 설계를 거부해야 합니다. 이것이 와이어 하니스 엔지니어의 직업 윤리입니다.

 

USB Type-C 1.2 사양은 와이어 하니스 산업을 "메카트로닉스" 시대로 가져왔습니다. 우리 엔지니어에게 "연속성, 와이어 순서, 내전압" 은 기본일 뿐입니다. "고주파 임피던스, CC 로직, E-Marker 프로그래밍, 열 제어" 가 제품 생존 가능성을 결정하는 열쇠입니다.

 

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