标签: USB-IF

关键词： USB-IF, BC 1.2，测试, 充电 本文重点 1. BC 1.2简介 2. 充电能力比较 3. 常见的BC 1.2种类 4. SDP、CDP与DCP比较 5. 判断支持BC 1.2充电5步骤 –USB Type-C®产品进行USB-IF认证，需要测试 BC1.2吗？ 目前USB-IF协会规定，只要有支持BC 1.2，就必须进行且通过BC1.2 测试。例如目前当红的USB-C充电器及使用USB Type-C母头且支持Power Delivery的笔电，必需支持BC1.2，过认证也必须通过BC1.2测试。 BC 1.2简介 Battery Charging 1.2，简称BC1.2，为USB-IF协会在2010年10月所发布的规范。基于当时USB 2.0的Vbus供电，最大能供给电流为500mA，对于携带式装置，如手机，充饱电需要很长的时间。BC1.2定义便携设备在连接到USB主机或集线器上，最大能汲取1500mA（相对于USB 2.0的3倍 ）电流来进行充电，也就是只要原先1/3的时间就可以完成充电。 BC 1.2主要是藉由USB的D+和D-进行BC1.2侦测，便携设备与USB主机或集线器两者需都支持BC1.2，完成并确定支持BC1.2侦测后，再由Vbus提供1500mA电流来进行充电。 充电能力比较 用 支持BC1.2的手机 为例，连接到标准USB3笔电（SDP*2），以及支持BC1.2的USB3笔电（CDP*3），充电能力有何差异？ 手机在连接到标准USB3笔电（不支持BC1.2），最大所能汲取的电流为900mA。 手机在连接后，未配置（Unconfigured），未进入Suspend的状态，最大可汲取电流为100 mA。 手机在连接后，已配置（Configured），未进入Suspend的状态，最大可汲取电流为900 mA（900 mA for USB 3.2, 500mA for USB 2.0）。 手机在连接后，已配置（Configured），且进入Suspend状态，最大可汲取电流为2.5 mA。 而手机接上支持BC1.2的USB3笔电，就能在未配置的状况下，汲取最大电流 1.5 A。 注1：但特别注意的是，若便携设备的电池处于Dead或Weak的状态，根据规范，在未配置的情况下，最大汲取电流为100 mA。（电池的Weak状态为最低限能启动装置的状态，而电池的Dead状态为不能启动装置的状态） 注2：SDP（Standard Downstream Port）为不支持BC1.2的标准埠 注3：CDP（Charging Downstream Port）为支持BC1.2的标准埠 常见的BC 1.2种类 手机在连接到标准USB3笔电（不支持BC1.2），最大所能汲取的电流为900mA。 一般的USB标准下接埠，Vbus可提供500mA（USB2.0）或900mA（USB 3.2），BC1.2充电埠则可以提供1.5A的充电。BC1.2充电埠又可分为支援USB Data的 充电下接埠CDP ，与 专用充电埠DCP 。 CDP（Charging Downstream Port充电下接埠）： 具有更强充电能力的USB Port。它具有USB数据传输，且能供给2便携设备最大电流为1.5 A。 DCP（Dedicated Charging Port专用充电埠）： 是没有USB数据传输功能的CDP，它可以提供给2便携设备4.75V~5.5V的电压及1.5A的充电电流。DCP会将其D+和D-间跨接电阻R。 ACA（Accessory Charger Adaptor）： ACA具有一个 Charger Port 连接充电器，一个OTG Port连接便携设备，及一个Accessory Port连接其他装置。ACA使得便携设备在充电的同时，也能连接上其它的装置。 ACA-Dock： ACA-Dock具有一个Upstream Port（为Micro-A plug），一个以上或没有Downstream Port。便携设备连接到ACA-Dock Upstream Port可以汲取最大5 A的电流。ACA和ACA-Dock最大的区别在于ACA有支持OTG Port 能连接作为A-Device或 B-Device的便携设备。 SDP、CDP与DCP比较 表 1 判定支持BC 1.2充电5步骤 我们用支持BC1.2的手机为例，手机要如何知道自己现在是接上一个SDP或是支持BC1.2的CDP或DCP呢？以下为简易的流程图： 图1 图2 1. VBUS Detect： 手机接上USB充电埠，当手机侦测到Vbus电压，大于内部的有效电压阀值，则表示手机接上一个有效的电路。 2. Data Contact Detect（DCD）： 手机侦测连接上充电埠是否有支持，手机在D+上输出电流（IDP_SRC），然后检测在D-上电压值，来确认D+/D- 接脚是否成功连接。由于手机并没有被要求一定要支持DCD，因此产生另一种机制来做判定：手机会等一段时间（TDCD_TIMEOUT）后，进入步骤3侦测。DCD的好处是，在判断成功连接后，可立即进入步骤3侦测，省去等待的时间。 3. Primary Detection： 手机侦测连接上充电埠是否有支持BC1.2，也就是侦测接上的是SDP或是CDP/DCP。手机会在D+上提供一个电压（VDP_SRC），然后比较D-上的VDM与VDAT_REF电压。 若VDM大于VDAT_REF，则可能是连接上CDP或DCP，继续步骤4侦测。 若VDM小于VDAT_REF，则是接上了SDP，结束判断。 4. Secondary Detection： 二次侦测要确定手机接上的BC1.2充电端口是否具备USB Data功能（DCP or CDP）。手机在D-上提供一个电压（VDM_SRC），然后比较D+上的电压VDP与VDAT_REF电压。 若VDP大于VDAT_REF，则此时连接上的是DCP 若VDP小于VDAT_REF，则此时连接上的是CDP 5. ACA Detection： 针对便携设备有Micro-AB插座，才进行ACA Detection。便携设备侦测是否接上ACA充电埠，并且判断接上ACA为何种Device类型，其主要透过侦测ID pin上五种不同的电阻来做判断。 下期重点 1. 案例解说1: BC 1.2手机接上SDP标准下接埠（不支持BC1.2） 2. 案例解说2: BC 1.2手机接上CDP下接充电埠 3. 案例解说3: BC 1.2手机接上DCP专用充电埠 4. BC 1.2 测试内容 参考文献 Battery Charging Specification, Revision 1.2, March 15, 2012 USB Battery Charging 1.2 Compliance Plan, Revision 1.2, September 30, 2013 作者 GRL台湾测试工程师 林致均Jimmy Lin 现任GRL Thunderbolt 3/4及USB4认证测试工程师，具四年的高频测试经验，熟悉Thunderbolt、USB的测试规范及其原理，协助客户解决测试问题并且取得认证。

关键词： USB-IF, 快充，PD，最新规范，测试 本文重点 1. PD 3.1供电规格说明 2.EPR PDO最新规范概述 3. 范例说明 4. 支持EPR产品在Shared Capacity Power供电模式条件解说 继PD3.0之后，2021年5月USB-IF在PowerDelivery加入了新的规格，并发表 PD 3.1规范 （USB Power Delivery Specification Revision 3.1, Version 1.0） ，以下内容皆以PD 3.1 Spec简称。 新的规范中加入EPR （Extend Power Rang） 功能，扩展PD 3.0供电最大瓦数100W的限制，增加到240W （48V 5A） ，并在文件中对其供电要求与行为加以定义，以下章节将由PD 3.1供电规格开始、并介绍EPR这个新功能。 PD 3.1 供电规格 PD 3.1 Spec中，将原先PD 3.0定义的供电规格纳入SPR （Standard Power Range） ，SPR规格可参考先前我们推出的 技术文章： Power Delivery 的源起与规格 中的表3，在PD 3.1 Spec中改以SPRPDO 与SPR APDO称之，其供电规格要求与上限100W规则皆不变。另外新增了EPR选配功能，指最大供电瓦数达100W~240W的产品，其设定须满足表1之规范。 EPR PDO 在目前规范中包含： 1. Fixed PDO：定电压输出，在EPR模式中，Fixed PDO指 20V 的规格，包含28V、36V以及48V三个选项。 2. AVS （Adjustable Voltage Supply） APDO：在EPR模式中，电压可以在一定范围区间内调整输出，范围由最低15V到最高有28V、36V和48V三种视瓦数而定 （表2） 。AVS类似PPS功能，差异是AVS不支持Current Limit操作，且以100 mV为单位步阶调整输出电压 （PPS则是 20mV） 。 表 1：支持EPR产品供电规格规范（数据源参考自 PD 3.1 Spec） 表2 ：AVS电压范围 （取自 PD 3.1 Spec） 以下举两个例子说明，协助大家理解表格 。 1. 输出最大140W，须满足以下条件： SPR Fixed PDO：5V@3A~5A 、9V@3A~5A、15@3A~5A 、20V@5A EPR Fixed PDO：28V@5A AVSAPDO 15V~28V@140W 2. 而144W须满足条件如下（表1中第二列瓦数区间）： SPR Fixed PDO：5V@3A~5A、9V@3A~5A、15@3A~5A、20V@5A EPR Fixed PDO：28V@5A、36V@4A AVS APDO：15V~36V@144W * 看到这里可能各位会疑惑，为什么只有AVS APDO的表示法和其他不一样，参考下表3会发现字段中没有描述最大电流的地方，反而是以瓦数表示。这是因为AVS操作电流会受限于瓦数，随当下操作电压而改变，所以电流并非定值，因此应参考瓦数而非电流。 表3 ：AVS APDO格式 （取自 PD 3.1 Spec） 其中144W例子中AVS APDO对于28.8V~36V操作电压下的电流条件，可以参考下图1会较容易理解，图中蓝色区域表示AVS可操作范围，其中又可分为两区加以说明： 1. 黄色标示的A区是在不超过最大瓦数前提下，可以操作在5A的电压范围，即表1中第一个叙述– 15V~28.8V@5A。 2. 绿色标示区间B，则是受限于瓦数限制，操作电流要视当下电压而定，因此以公式描述–28.8V~36V@（144/AVS Voltage）A。 图1：AVS供电模式示意图（取自 PD 3.1 Spec并于图上另加批注协助说明） 值得注意的是，表1中N/A的部分严格规定为不可支持，即140W以下产品不可支持36V与48V、180W以下产品不可支持48V。 另外有一类型产品设计为Shared Capacity Charger，指其产品上的可供电瓦数是共享的。当部分资源已被使用，剩下埠可使用瓦数为总瓦数扣掉已被使用的部分，再做分配，此时实际可用瓦数称为Equivalent PDP Rating，设定条件参考整理如下表（表4）。 表 4：支持EPR产品在Shared Capacity Power供电模式条件（数据源参考自 PD 3.1 Spec） 举一产品设计为例，输出总瓦数最大为250W，2埠单独使用时分别可以支持到160W： 单独使用规格应为 （5V@3A~5A、9V@3A~5A、15@3A~5A、20V@5A、28V@5A、36V@4.44A、15V~36V@160W）。 当其中一埠已使用100W，则另一埠Equivalent PDP Rating为150W，此时供电条件如下：5V@3A~5A、9V@3A~5A、15@3A~5A、20V@5A、28V@5A、36V@4.16A、15V~36V@150W。 下期重点 1. EPR_Source_Capabilities 2.EPR 模式流程 -Enter EPR模式 -PD Negotiate in EPR Mode -Exit EPR模式 3. Type-C线缆与连接器更新重点 参考文献 USB Type-C® Cable and Connector Specification Revision 2.0 USB Power Delivery Specification Revision 1.0 Version 1.2 USB Power Delivery Specification Revision 2.0 Version 1.3 USB Power Delivery Specification Revision 3.0 Version 2.0 作者 GRL台湾测试工程师 张文馨 Cindy Chang 毕业于国立成功大学材料所。具三年多的Power Delivery相关测试经验，熟悉Thunderbolt PD、USB-IF PD Compliance、QC （Qualcomm Quick Charge） 等测试规范。目前在GRL台湾负责PD测试，乐于协助客户PD方面的问题，以顺利取得认证。 USB4™、USB、USB-C®、USB Type-C®和 USB-IF是USB Implementers Forum的注册商标

原创声明 作者：GRL实验室/赵婉伶 Linda Zhao USB-IF 在 2019 年 9 月发表 USB4™ 规格，传输速率达到 40Gbps，USB4™ 规格主要依据 Thunderbolt™ 3 架构设计，并且兼容 TBT3。ThunderboltT™ 4（以下简称 TBT4）传输速度 40Gbps 与 TBT3 相同，其独特优势是支持 TBT3且相容 USB4。由于 USB4 与 TBT4 都源自于 TBT3 的架构，所以在电气（Electrical）测试部分，整合后的 USB4 电气测试规范成为 USB4、TBT4 以及 TBT3 共同电气测试规范。 严谨的电气测试规范，会针对每款 USB4™/TBT4 产品的输出讯号质量，个别设定最优化的初始讯号，好让 USB4™产品一接上，就可以快速连接沟通。也就是电气测试规范中 Transmitter Preset Calibration（以下简称 Tx Preset Cal）。 USB4™ 规范中载明，高频输出端需支持 16 组 Presets（默认值）如下表一，也就意味着有 16 组不同讯号质量的输出。在 USB4™ 电气讯号认证测试，到底该选用哪一组 Preset 来测试，确保输出讯号质量？还是 16 组 Presets 全测呢？ Tx Preset Cal 是进行传输端输出电气测试时的首要步骤，也是非常重要的一环，因为选错 Preset 来做测试，可能导致测试结果不符合规范，要避免这样情形发生，我们首先需要了解一下讯号传输衰减的原因及解决方法，以便了解讯号质量与 Preset 之间的关系。 讯号传输衰减原因与解决方法 高速串列传输讯号受限于传输信道的带宽而导致衰减，下（图一）为讯号经过传输信道前、后的衰减结果。讯号在经过线缆后因为介质的低通性、非理想性、集肤效应、阻抗不连续等效应，造成讯号衰减、反射等问题。且随着高、低频讯号衰减比例差异过大，让一位讯号长度不等于理想的 1UI（Unit Interval 单位周期），使前后的讯号位成为当前讯号的噪声，进而导致了符码间干 ISI 效应（inter-symbol interference），讯号在接收端，无法正确判读 0 或 1。 图一） 讯号 ISI 效应示意图–匡选的信号，临近判定逻辑一与零的门坎，易导致判读错误。 在高频传输中，为了克服信道衰减，让讯号正确传送到接收端，一般采用讯号均衡器解决讯号衰减的问题。在USB4 ™规范里在传输端及接收端运用均衡器（如图二），分别是发送端的 FFE（Feed Forward Equalizer)，接收端CTLE（Continues Time Linear Equalizer）、及 DFE（Decision Feedback Equalizer）。 （图二）高频讯号传递处理架构图 在传输端 FFE 将讯号作预加强（Pre-shoot）、预衰减（De-emphasis），当通道衰减过大，FFE 的等化效果不足以补偿通道产生的衰减时，还需接收端 CTLE 和 DFE 均衡器还原讯号。两端的均衡器目的皆是均衡高低频讯号在传输过程中的损耗，有利于接收正确讯号。与此同时也可以得到最佳的眼图。 USB4 ™ 与 TBT4 如何挑选最优化的 Preset 来进行 Transmitter 测试？ USB4™ 的传输速率每个通道达到 20Gbps，如（图三）所示，讯号在 Tx 端（TP1）通过 PCB 到 USB Type-C™连接 器，藉由 Tx Preset 适当的补偿，在 TP2 所量到的 DDJ（Data Dependent Jitter）将相对应的减小。USB4™ 认证测试中的 Tx Preset Cal，测试 Preset 0 ～ Preset 15，共 16 组 Presets 的 DDJ，需选出最小 DDJ 的 Preset。USB4™ 讯号所支持的速度 10Gbps 及 20Gbps，及通道 Lane 0、Lane 1 需分别进行 Tx Preset Cal。 图三 测试点定义 （表二）是待测物 16 组 Preset 的 DDJ 在 TP2 测试的结果，挑选其中最佳的 Preset 1 和最差的 Preset 9 比较其眼图（如表四），若选错 Preset 会使得 ISI 效应无法得到适当补偿(如 Preset 9，De-emphasis -8.0 dB，低频预衰减8dB，过补偿，导致低频讯号触碰到中心 eye mask)，眼图过小且分岔，讯号 DDJ的值超过 SPEC 规范，导致测试结果 FAIL。 （表二） 16 组 presets DDJ 在 TP2 测试结果 （USB4 Spec: DDJ≦210 mUI） （表三）USB4 Tx Preset Cal, Preset-1 与 Presdet-9 测试结果比较 选定最佳的 Preset 后，将此 Preset 设定为 TP2 及 TP3 的开机默认值*（图四）并以此组默认值进行所有 USB4™ Tx相关测试。 （图四） TP2 与 TP3 设定同一组 Preset 值 注*：Tx 讯号质量测试 TP2 与 TP3 皆是以同一组 preset 做测试，只是在做 Tx TP3 远程测试时，需另外嵌入 2 米 (for USB4™ Gen2)及 0.8 米(for USB4™ Gen3) S 参数进行量测。 总结： 在 Thunderbolt™ 4/USB4™ 高频测试中，因为高频讯号在经过信道后大幅衰减，须藉由 Tx FFE 均衡器让高、低频成分讯号得到不同程度的预补偿、预衰减，解决部分信道导致讯号衰减的问题。Tx Preset Cal 设定开机时最佳默认讯号，让您的 Thunderbolt™ 4/USB4™ 产品可以在最佳讯号状态进入链接沟通，且顺利通过测试。 参考文献： 1. Universal Serial Bus 4 (USB4™) Specification, Version 1.0, August 2019 2. Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.0, August 2019 3. Universal Serial Bus 4 (USB Type-C) Router Assembly Electrical Compliance Test Specification, Version 0.96, Jan 20, 2020 4. USB Type-C Thunderbolt Alternate Mode Electrical Host\Device Compliance Test Specification Revision 1.5 Version 0.9 5. Intel Thunderbolt™ Tech Brief 6. Granite River Labs, USB4™ 测试 Intel和Thunderbolt™ 是Intel的注册商标及研发产品 USB4™、USB、USB-C®、USB Type-C®和USB-IF是USB Implementers Forum的注册商标

USB Type-CTM因其优异性能，自推出以来便迅速获得许多厂家的青睐，然 而， 市面上也相继出现未取证、未测试的USB Type-CTM，使质量参差不齐。近日， USB-IF协会向认证测试实验室发出通知 ，针对 「USB Type-CTMReceptacle Connector」不可认证的设计 ，特别发出公告声明。 由于客户询问踊跃，同时这也是一般送认证时，最常混淆的 情况 。百佳泰已归纳整理出可认证、不可认证的设计说明，协助想取证的厂家能从设计上简易辨别USB Type-CTMReceptacle Connector是否能获得认证，免去因不清楚规定而造成反复送件、浪费时间与金钱的情况。

USB Type-C在使用上有不同的电力规格，符合USB Type-C规格的产品有以下规范。 依据规格 不同有优先级 ，图表中最上方表示优先度最高。举例来说，同时支持USB PD及USB Type-C Current的Source与Sink连接时，会以优先度高的USB PD来沟通。 Type-C产品在取得USB认证时，便需要通过 Type-C Functional Test 。针对Type-C Sink装置，有一测项为 TD 4.10.2 Sink Power Precedence Test 。以下会以该项目的内容及发现到的问题做解说。 什么是TD 4.10.2 Sink Power Precedence Test? 简单来说就是「确认待测物为Sink时, 是否遵守Type-C规范的优先级来耗电」 验证流程概要如下 ※括号里面是Type-C Functional Test Spec.的顺序号码，可以参考相关测试规范 1.待测物支持USB2.0的情况 (步骤1~4) 1.1 将CVS设定为可支持USB2.0的Default USB Power Source1.2 确认待测物的耗电功率在Default USB Power规范内 2.待测物支持BC1.2的情况 (步骤5) 2.1 将CVS设定为可支持USB BC1.2的Source 2.2 确认待测物进行USB BC1.2的沟通后，耗电功率在USB BC1.2规范内 3.针对待测物进行以下验证 (步骤6~10) 3.1 将CVS设定为可支持USB Type-C Current 3.0A的Source 3.2 确认待测物的耗电功率在3.0A以下 4.待测物支持USB3.1的情况下，设定CVS为可支持USB3.1并重复执行上述验证 (步骤11~14) 5.待测物支持USB PD的情况下，执行以下验证 (步骤15) 5.1 将CVS设定为支持USB Type-C Current 1.5A及5V/1.5A PDO的USB PD Source 5.2 待测物進行USB PD的沟通后，确认耗电功率在1.5A以下 5.3 确认待测物在优先顺序较低的规格下(USB Type-C Current 3A)，耗电功率仍然遵循优先级较高的规格(USB PD) 5.4 将CVS设定为Default USB Power，但不交换PD信息 5.5 确认待测物的耗电功率在Default USB Power规范内 备注: * CVS (Connector Verification System) 为Type-C Functional Test中的测试仪器* 在测试中待测物为Sink，CVS为Source * 待测物在支持USB数据传输情况下，需额外执行数据传输相关测试 对判断标准的判读 问题1: 在Default USB Power时 ， Self-Powered装置的最大耗电为1mA吗? Default USB Power时判断标准为: ・Self-Powered待测物需在1mA以下 ・Bus-Powered待测物需在Device Deor中bMaxPower设定值以下 Self-Powered定义为最大可抽载1 unit load，但判断标准却为1mA →USB-IF回答: 抽载在1mA以上需视为Bus & Self-Powered 因为USB-IF认为Type-C Self-Powered装置在Default USB Power的条件下，不会从Vbus撷取电力 问题2: USB PD是经由Vbus进行电力输送 ， 为何不是Bus-Powered? USB PD的情况下，待测物必须宣告为Self-Powered，但若是從Vbus取得电力应该为Bus-Powered，又为什么要宣告为Self-Powered呢? →USB-IF回答: 当待测物透过USB PD或是Type-C Current撷取电力时，必须宣告为Self-Powered且bMaxPower=0 另外，我们也确认了USB PD和USB Type-C Current即使是经由Vbus进行电力输送，这部分仍被视为外部电源。以USB PD及USB Type-C Current来说，因为有Device Deor以外的电力宣告描述，所以并不会有任何问题。 总结 根据待测物不同，在Default USB Power‚USB Type-C Current或USB PD环境下操作时，必须在Bus/Self-Powered以及bMaxPower设定值之间做切换。 此外在VIF Generator 1.2.3.1及之后版本的文件中出现了”UFP-Powered”来取代”Bus-Powered”，代表待测物完全从Vbus截取电力。 关于USB PD以及Type-C，USB-IF日后会发布更多信息，届时百佳泰会再提供给您最新的相关信息，敬请期待 本报告内容未经允许不可转载。