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。
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：
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。
測試中C2-EPR為Sink，待測物 (DUT) 為Source。
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）
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）
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）
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）
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。
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。
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）
儀器檢驗在tSrcSettle max (700ms) 前，VBUS達到並保持在vSrcValid區間內，如圖5。
儀器檢驗在tSrcSettle max之後100ms，VBUS電壓在vSrcNew或vAvsNew區間內，如圖5。
儀器檢驗vSrcNew或vAvsNew之前待測物沒有發出 PS_RDY
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。
測試中C2-EPR為Sink，待測物為Source。
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。
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）
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。
同TEST.PD.PS.EPR.SRC3.1測試項目。
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
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