Granite River Labs, GRL
Ryan Chen
USB-IF는 올해 1월에 USB PD3.1 V1.7 사을 발표했습니다. 이 버전은 주로 USB PD3.1 V1.6과 업데이트된 4개 부분(ECN V1.6), 즉 잘못된 Reject 메시지 처리, Source 전환, Source 요청, EPR Entry 등이 있습니다. 그리고 최근 USB-IF는 4월, USB PD3.1 V1.8 사양을 발표했습니다. 이 버전은 PPS 요구 사항 업데이트, AMSes 인터럽트 기능 삭제, EUDO 케이블 속도 필드 명확화, 전원 역할 교환에 대한 Slew rate 예외 처리, AMS의 인터럽트 기능 삭제 5개 부분(ECN V1.7)을 업데이트 했습니다. 다음은 ECN V1.6 및 V1.7에 대해 두 버전의 업데이트된 내용을 하나씩 소개합니다.
ECN V1.6 업데이트 내용
Reject 메시지를 처리하는 올바른 방법
거부 메시지는 더 이상 Data_Reset 및 Get_Source_Cap에 대한 유효한 응답이 아닙니다. Data Reset의 경우 Accept 메시지 이외의 모든 응답은 ErrorRecovery를 트리거하고 Get_Source_Cap의 경우 예상/유효한 응답 이외의 메시지는 Soft Reset을 트리거합니다.
그림 1: 위의 경우 거부 메시지는 유효한/규격 응답입니다(USB PD 3.1 V1.8에서 발췌).
Source 요구사항
Source 전압을 조정하는 동안 Sink 장치는 일반적으로 정격 전력이 아닌 정격 전류로 작동하므로 싱크에 대한 요구 사항을 "전력"에서 "전류"로 변경합니다. 이에 따라 소스에 대한 요구 사항도 변경됩니다.
그림 2: USB PD 3.1 V1.8 Chapter 7.1.4.1.1(USB PD 3.1 V1.8)
Source 전압 변환에는 업데이트가 필요
소스 전압 변환 프로세스에서 단조로움(monotonicity) 요구 사항은 포기되었습니다.
USB Type-C 소스 전력 테스트 테스트에서 QuadraMax는 종종 SPT에 보고된 단조로움에 대해 Fail이 발생합니다. "내부"의 면제 조건은 USB-IF에서 면제를 신청할 수 있습니다. 아래 그림은 부스트 규정의 프로세스 캡처입니다. 빨간색 영역은 단일 증가가 아닌 영역입니다. 비단일화 영역의 경우, 해결이 불가능할 경우 일반적으로 과거에 면제 신청을 해야 합니다.
그림 3 SPT.1 테스트 항목에서 캡처한 전압 파형
이제 비단조적 FAIL이 발생하면 부스트 조정을 위해 비단조적 영역의 전압이 마지막 협상된 전압 vSrcValid min과 새로운 협상된 전압 vSrcValid max 사이에 유지되는 한 요구 사항이 충족됩니다. 마찬가지로 강압 조정의 경우 비단조 영역의 전압이 요구 사항을 충족하기 위해 마지막으로 협상된 전압 vSrcValid max와 새로 협상된 전압 vSrcValid min 사이에 있어야 합니다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 부스트 조정 프로세스 중에 비단조성 증가 영역에서 전압 강하가 뚜렷하지 않으며 비단조성 영역이 요구 범위 내에 있습니다. 단조 로움의 요구 사항을 취소하면이 부분의 업데이트가 더 이상 소스에 그렇게 요구되지 않으며 수신 시스템에서 실현하기 어렵고 실질적인 의미가 없음을 알 수 있습니다. 소스의 설계 및 구현 비용을 어느 정도 줄입니다.
EPR 프로세스 간소화
EPR 파트 업데이트의 주요 포인트는 크게 세 가지입니다:
- EPR 케이블 검색 프로세스 간소화
EPR에 진입하기 위해서는 소스, 싱크, 케이블을 포함한 전체 시스템이 EPR 기능을 지원해야 합니다. 명시적 계약은 SPR 모드에서 설정됩니다. 일반적으로 EPR 소스는 이미 케이블의 정보를 확보하고 있습니다. 이 업데이트를 통해 소스에서는 케이블이 EPR 플로우에 있는지 다시 확인할 필요 없이 이전에 읽은 케이블 정보를 EPR 모드에 진입할 때 재사용할 수 있습니다. EPR 기능을 사용하면 필요하지 않을 때 Vconn을 끌 수 있으므로 EPR 프로세스에서 Vconn 전원 공급 비용을 절약할 수 있습니다.
그림 4 EPR 입력 흐름(USB PD 3.1 V1.8)
2. EPR 관련 지침의 경우 설명이 수정되고 정의가 명확해졌습니다.
표 1 용어 및 약어(USB PD3.1 V1.8)
3. 타이머 tEPRSourceCableDiscovery 추가
이 타이머 정의의 경우: 포트 파트너가 연결된 후/하드 리셋된 후/전원 역할 전환이 성공한 후/빠른 전원 역할 전환이 성공한 후, 소스는 첫 번째 명시적 계약 케이블을 설정하는 동안 tEPRSourceCableDiscovery(최대 2초) 내에 소스를 찾아야 합니다. 명시적 계약 협상의 PS_RDY 메시지가 전송된 후, 소스는 2초 이내에 케이블에 Discover_ID 요청 명령을 전송해야 합니다. 소스가 VCONN 소스가 아닌 경우, tEPRSourceCableDiscovery에는 VCONN 스왑에 필요한 시간도 포함된다는 점에 유의해야 합니다.
ECN V1.7 업데이트 내용
AMS의 무중단
USB PD의 모든 AMS는 무중단이며, 중단 가능한 AMS에 대한 모든 관련 설명을 삭제합니다.
테스트 결과 실제로 AMS가 중단되는 장치는 거의 없는 것으로 나타났습니다. 이전 사양의 경우 중단할 수 있는 AMS 메시지 수는 2개를 초과하지 않습니다. 이 부분의 업데이트는 향후 USB PD3 CTS 업데이트에서 TEST.PD.VDM.SNK.3 Interruption by PD Message, TEST.PD.VDM.SNK.4 Interruption by VDM Message 등 AMS를 중단시키는 관련 테스트 항목을 삭제할 수 있으며, 칩 회사의 경우 AMS에 더 이상 우선 순위 판단이 없어(VDM AMS 우선 순위가 가장 낮고 중단 가능) 설계 요구 사항이 어느 정도 간소화된다는 것을 의미합니다.
Power Role Swap 프로세스 제거를 위한 Slew Rate 확인
PR_Swap 중 전압 조정 속도는 더 이상 USB PD 3에서 vSrcSlewPos(30mV/μs), vSrcSlewNeg(-30mV/μs), vPpsSlewPos(30mV/μs), vPpsSlewNeg(-30mV/μs)의 변환율에 제한되지 않습니다. 1 7.1.14 이 장에서는 PR_Swap을 수행하는 동안 Vbus 전압 상승 및 하강 속도가 30mV/μs를 초과할 수 있으므로 PR_Swap의 장면이 추가되었습니다.
그림 5 7.1.14 VBUS 슬루율 제한 미적용(USB PD 3.1 V1.8)
통합 EUDO 케이블 파라미터 보고 방법
EUDO(Enter_USB Data Object)서 케이블 파라미터를 보고하는 방법을 명확히 하고, 향후 사양 제품에서는 통일된 EUDO 케이블 파라미터 보고 방법을 사용할 예정입니다. EUDO의 케이블 관련 파라미터 값(케이블 타입, 케이블 전류, 케이블 속도)은 DFP와 케이블 플러그의 통신을 통해 얻어지며, 이 마커를 통해 DFP가 분석합니다.
PPS 요청 업데이트
PPS 부분의 업데이트는 주로 다음 세 가지 사항이 있습니다.
- PPS의 최소 전압 요구 사항을 3.3V에서 5V로 높이고 5V Prog를 제거합니다.
표 2 SPR 프로그래밍 가능 전원 공급 장치 전압 범위(USB PD3.1 V1.8)
표 3 PPS 전압 전력 범위(USB PD3.1 V1.8)
2. 전압 및 전류 단계의 정의 최적화
USB PD 사양에서는 모든 선형 전압 변화에 대한 공칭 요청 전압이 LSB 변화의 정수 배수와 같아야 한다고 규정하고 있습니다. PPS 출력 전압의 LSB 변화는 vPpsStep으로 정의됩니다.
전압의 경우 vPpsStep - PPS 전압 프로그래밍 스텝 크기. (1 LSB) = 20mV
전류의 경우 iPpsCLStep - SPR PPS 전류 제한 프로그래밍 스텝 크기. (1 LSB) = 50mA
추가 참고: PPS 모드에서는 전압 또는 전류의 조정 과정에서 가장 작은 스텝 차이입니다. PPS 출력 전압 리플은 아래 그림과 같이 하나 이상의 LSB의 크기를 초과할 것으로 예상됩니다:
그림 6 LSB에 상대적인 예상 PPS 리플(USB PD3.1 V1.8)
a. 새로운 정의 DNL - 차동 비선형성(Differential Non-Linearity)
DNL은 PPS 모드에서 전원의 이상적인 LSB 스텝과 실제로 관찰된 LSB 스텝의 차이, 즉 인접한 입력 디지털 값에 해당하는 이상적인 아날로그 값의 편차를 나타냅니다.
DNL = 0은 단계가 이상적인 LSB와 같음을 의미합니다.
DNL > 0 단계 이상 이상적인 LSB보다 큼
DNL < 0 단계 이상 LSB보다 작음
아래 그림과 같이 PPS 전압 및 전류 이산 LSB 스텝에는 DNL 허용 오차가 있습니다. 전압 및 전류의 경우 LSB 스텝 크기의 절대값은 각각 vPpsStep 및 iPpsCLStep으로 정의됩니다. DNL 오차 상한(+1 LSB)은 스텝이 효과적으로 건너뛰는 상태를 나타내고, DNL 오차 하한(-1 LSB)은 전압 또는 전류 설정 포인트가 변경되지 않는 상태를 나타냅니다.
그림 7은 PPS 모드에서 허용되는 DNL 오류와 전압 및 전류 허용 오차를 보여줍니다(USB PD3.1 V1.8).
3. 전류 제한 규정 완화
a. USB PD3.1 사양 챕터 7.1.4.2.2, 설명 수정
그림 8 섹션 7.1.4.2.2(USB PD3.1 V1.8)
PPS Source가 iPpsCLMin(1A)보다 낮은 APDO 요청을 수신할 때 요청을 거부해야 하는 경우 원래 "Shall"이 "Should"로 변경됩니다. "Should"는 PD Spec에서 필수 키워드가 아니므로 PPS Source는 1A 미만의 APDO 요청을 수락할 수 있지만 PPS 소스가 수락할 때 전류는 1A로 제한되어야 합니다.
b.새로 추가된 부하 슬루율 iPpsCLLoadStepRate & iPpsCLLoadReleaseRate 전류 제한 모드에서 SPR PPS Source는 iPpsCLLoadStepRate(150mA/μs) 또는 iPpsCLLoadReleaseRate(-150mA/μs)를 초과하는 방식으로 설정 값을 변경할 수 없습니다. 전류의 증가 및 감속 비율은 ±150mA/μs를 초과하지 않아야 합니다.
c. 그림 9와 같이 협상 된 전압 및 전류가 지점 b에서 지점 c까지의 범위에 들어가면 완전히 전류 제한 모드가되며 전압 및 전류의 조정 범위는 엄격하게 제어되어야합니다. 지정된 영역에서 그림 10은 iPpsCLOperatingDetail의 제한된 범위의 개략도입니다.
그림 9 SPR PPS 프로그래밍 가능 전압 및 전류 제한(USB PD3.1 V1.8)
그림 10 iPpsCLOperatingDetail(USB PD3.1 V1.7)
요약
위는 2023년부터 현재까지 USB PD3.1 사양의 모든 업데이트된 내용입니다. USB PD 워킹 그룹은 USB PD 사양을 지속적으로 수정하고 최적화하여 불필요한 많은 요구 사항을 단순화하고 더 합리적으로 만들었음을 알 수 있습니다. 새로운 요구 사항이 자세히 명확 해졌고 USB PD 제품의 설계 및 개발 비용도 어느 정도 감소했습니다. 앞으로 더 많은 칩 제조업체가 USB PD 기술 개발에 참여하고 함께 협력하여 엄격하고 표준화되고 안전한 효율적인 충전 시장 환경을 조성하여 더 풍부한 애플리케이션과 기능을 만들 수 있기를 바랍니다!
References
Universal Serial Bus Power Delivery Specification R3.1 V1.7
Universal Serial Bus Power Delivery Specification R3.1 V1.8
USB PD R3.1 V1.6 ECNs
USB PD R3.1 V1.7 ECNs
Author
Ryan Chen, Senior Test Engineer, GRL Shanghai
중국 민간 항공 대학에서 컴퓨터 과학 및 기술을 전공했으며, USB-IF 전력 공급, Qualcomm Quick Charge 인증 프로젝트 및 ThunderboltTM, DP over Type-C 및 기타 관련 컴플라이언스 전원 공급 장치 테스트 솔루션을 담당하고 있습니다. 고객이 전원 공급 장치 테스트 문제를 해결하여 성공적으로 인증을 획득할 수 있도록 지원합니다.
