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USB Type-C PD 3.1 EPR 開放認證了嗎?現在正是捷足先登的最佳時機! | GraniteRiverLabs Taiwan

作者:GRL Team | Sep 13, 2022 12:45:00 AM

Granite River Labs, GRL
Wilson Miao繆傳

對於PD 3.1 (Power Delivery 3.1) 新的測試規範以及EPR (Extended Power Range) 供電規格,客戶最常提出的疑問無非是「想要取得PD 3.1認證就需要支援EPR規格嗎?」、「 PDO (Power Data Object) 這樣子設定可以嗎?」、「EPR現在開放認證了嗎?」。為了解答各位的疑問,GRL將利用專業技術優勢,在本篇文章中一次為您統整從EPR產品規格到認證測試的種種問題。

閱讀下方文章前,可以參考GRL另外兩篇技術文章以更了解PD 3.1規格與技術:USB-IF 最新 PD 規範 – PD 3.1 規格介紹USB-IF PD 3.1-EPR規格與進出EPR 模式的程序

 

在EPR模式下定義符合規範的PDO組合

EPR供電規格推出後,各廠商陸續開發能支援大於100W的產品,其中以外接式電源供應器 (Adapter) 最為大宗。而對於一個角色為Provider only(電源供應端)的Adapter來說,PDO設定是非常重要的;除了追求超過100W大瓦數供電規格和多樣性的PDO外,同時須注意是否符合規範。

表1: EPR 模式 的PDO組合(資料來源參考自PD 3.1 Spec)

 

EPR又分為固定式 (Fixed PDO) 和可變電壓 (AVS APDO, Adjustable Voltage Supply Augmented PDO) 兩種,前者為介於20V~48V的定電壓供電規格,後者則為15V~48V的可調式電壓。由於EPR必須包含低於20V的SPR (Standard Power Range) 規格PDO,因此EPR_Source_Capabilities將最大PDO組數從7組調整成13組,使EPR能有更多樣化的供電能力。

除了上方表格所規定的PDO之外,為了使產品能有更好的相容性並達成特定的供電需求,在設定自訂化PDO時請遵守以下規範:

  1. 參照表1,以140W產品為例,最少需要支援5V@3A、9V@3A、15V@3A、20V@5A、28V@5A的Fixed PDO和AVS 15V-28V@5A的可變電壓APDO。
  2. 電流不可大於5A。
  3. 電壓乘以電流不可大於產品的供電能力。
  4. 總PDO組數最多13組(SPR 7組 + EPR 6組)。

 

EPR Power Source認證測試

EPR除了Protocol協議層的新增測試項目外,Power Source供電能力的測試項目更是備受矚目。雖然目前協會的測試規範仍在修正中,各家儀器設備也還在等待協會授權,但目前儀器設備的測試手法已參照現有測試規範去做設計;也就是說在協會開放認證之前,已經可以使用這些儀器預先測試。

以下為使用GRL所推出的 USB Type-C® Power Delivery EPR 測試分析儀 (GRL-USB-PD-C2-EPR) 進行EPR Power Source項目的測試範例 (TEST.PD.PS.EPR.SRC3.1、TEST.PD.PS.EPR.SRC3.2),並逐一介紹測項的重點檢查項目。

TEST.PD.PS.EPR.SRC3.1 Multiple EPR Request Load Test

測試中C2-EPR為Sink,待測物 (DUT) 為Source。

Checkpoint 1

從Source_Capabilities中的EPR_模式_Capable bit 確認待測物是否支援EPR ("1"代表支援),並且需與VIF (Vendor Information File) 設定相符,如圖1。

圖1: Source Capabilities - EPR 模式 Capable bit setting(截自C2 Browser App)

Checkpoint 2

儀器檢驗進入EPR模式的程序是否符合規範,詳細程序請參考開頭提到的技術文章「USB-IF PD 3.1-EPR規格與進出EPR 模式的程序」。

進入EPR模式之後,待測物發出EPR_Source_Capabilities,其中包含EPR PDO #8和 #9,如圖2。

圖2: EPR_Source_Capabilities Message(截自C2 Browser App)

Checkpoint 3

儀器從第一組EPR PDO #8開始”Request”,請求電流為0A,儀器檢驗待測物是否”Accept”此訊息,如圖3。

圖3: Accept – PDO#8 28V@0.1A(截自C2 Browser App)

Checkpoint 4

儀器檢驗在Accept後tPSTransition min (830ms) 內待測物是否有發PS_RDY,如圖4。

圖4: PSTransition實際經歷時間307ms(截自C2 Browser App)

Checkpoint 5

若達成協議的PDO電流與先前PDO不同,儀器會在電流轉換後檢驗VBUS電壓是否有在vSrcNew (PDO Voltage*0.95~*1.05) 或 vAvsNew (RDO voltage *0.95~1.05) 區間內。

Checkpoint 6

儀器回覆GoodCRC對應待測物的Accept message,在tSrcTransition內VBUS應在vSrcNew 或vAvsNew範圍內。

Checkpoint 7

儀器檢驗PDO transition時,VBUS上升速率需在vSrcSlewPos (30mV/µs) 內,下降速率需在 vSrcSlewNeg (-30mV/µs) 內,如圖5。

圖5: VBUS Positive Transition示意圖(資料來源參考自PD 3.1 Spec)

Checkpoint 8

儀器檢驗在tSrcSettle max (700ms) 前,VBUS達到並保持在vSrcValid區間內,如圖5。

Checkpoint 9

儀器檢驗在tSrcSettle max之後100ms,VBUS電壓在vSrcNew或vAvsNew區間內,如圖5。

Checkpoint 10

儀器檢驗vSrcNew或vAvsNew之前待測物沒有發出 PS_RDY

Checkpoint 11

儀器在PS_RDY後提高電流消耗,在100ms內,儀器檢驗待測物是否將VBUS電壓維持在vSrcNew或vAvsNew區間內。

 

儀器以最大電流0% → 25% → 50% → 75% → 100% → 75% → 50% → 25% → 0%重複 (checkpoint 4 ~ checkpoint 10) 檢驗每一組EPR_PDO。

 

TEST.PD.PS.EPR.SRC3.2 EPR模式下的PDO Transition

測試中C2-EPR為Sink,待測物為Source。

Checkpoint 1

從Source_Capabilities中的EPR_Mode_Capable bit 確認待測物是否支援EPR (1代表支援),並且需與VIF設定相符,如圖1。

Checkpoint 2

儀器檢驗進入EPR模式的程序是否符合規範,詳細程序請參考技術文章「USB-IF PD 3.1-EPR規格與進出EPR 模式的程序」。

 

進入EPR 模式之後,待測物發出EPR_Source_Capabilities,其中包含EPR PDO #8和#9,如圖2。

儀器依照EPR PDO Sequence Table (表2) 順序對待測物”Request”每一組PDO,並在checkpoint 3 ~ checkpoint 8檢驗待測物行為是否符合規範。

表2: EPR PDO Sequence Table(資料來源參考自PD 3.1 Spec)

 

以下為140W的待測物進行VBUS Transition測試的範例,PDO分別為5V@3A (#1)、9V@3A (#2) 、15V@3A (#3)、20V@5A (#4)、EPR 28V@5A (#8)、和EPR AVS 140W (15V~28V) (#9)。(請參考圖6和表2)

圖6: VBUS Transition 實際測試Waveform(截自C2 Browser App)


Checkpoint 3

儀器Request各組PDO,並忽視未設定的PDO(範例中PDO #5 ~ #7),儀器檢驗待測物是否”Accept”此訊息。

Checkpoint 4~10

同TEST.PD.PS.EPR.SRC3.1測試項目。

 

結論

自從USB-IF在PD 3.1推出EPR規格後,以往消耗或輸出高功率的產品都能透過Power Delivery規範,在五臟俱全的Type-C介面上傳輸上限240W的電力。此一創舉使得Type-C介面能廣泛的應用在更多樣的產品上;但也因為EPR支援功率提高和應用層面更廣,在使用上的安全性與相容性需要更嚴格的把關。雖然協會還未正式宣布EPR開放驗證的日期,各大儀器廠商已開始遵照測試規範新增EPR測試項目,事不宜遲,趕緊拿起手邊的待測物取得先機吧!

 

參考文獻

  1. USB Power Delivery Specification Revision 3.1, Version 1.5, July 2022
  2. USB Power Delivery Compliance Test Specification Revision 1.4, Version 4, July 2022

作者
GRL台灣 FAE技術工程師 繆傳 Wilson Miao

畢業於國立彰化師範大學工業教育與技術學系。

具USB-Type-C-Power Delivery相關測試經驗,熟悉USB-IF PD Compliance測試規範。樂於協助客戶PD測試以及GRL測試儀器設備相關問題。

 

本文件中規格特性及其說明若有修改恕不另行通知。                         

發佈日期 2022/09/12 AN-220912-TW