USB-C自问世后除了继承以往即插即用的特性,再搭配上Windows OS所提供universal driver的加持以及额外增加的15W供电跟USB Power Delivery充电技术。综合以上优点,USB装置的普及获得了进一步的提升。但也因为USB-C的独特性,使得USB装置彼此之间的沟通比起过往来得更加复杂,无形之中也造成USB-C产品在开发设计上的难度。

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图说:相较于传统的USB接口,USB-C产品势必有更多连接上的问题需要品牌及开发商努力克服。

USB-C装置应用风险与实例分享

USB连接离不开三类产品,主机端、线缆以及设备端。在设计这三类产品时,我们需要考虑它们的讯号传输质量、电源(供电/压降/耗电)稳定性,以及主机端与装置端的正确沟通。在过往使用传统USB接头的时代,电源角色比较好进行识别,主机端跟供电端是一对,设备端跟受电端是一对。一个萝卜一个坑,由于不会搭配错,使用情境上也相对简单。

但来到了USB-C,因为引进了DRP (Dual Role Power)这个新概念,目前最常见的应用情境是设备端可以反向对手持式(带电池)主机端进行充电。如果支持USB Power Delivery,更可以利用大瓦数(SPR: 100W,EPR: 240)来快速充饱电池,因此厂商在电源线路上的设计考虑上务必要审慎再三。

光谈理论,或许有点难以想象,因此接下来我们将透过一个真实案例来进行补充说明,看看百佳泰是如何协助客户发现潜在问题,并且提出对应的解决方案。

案例描述

  1. 主机端为一台带USB-C接头的带电池Notebook。该USB-C接头支援USB Power Delivery & DisplayPort Alt. mode。
  2. 装置端则为一台带USB-C接头的大尺寸屏幕,该接头支持USB Power Delivery & DisplayPort Alt. mode,可以提供100W的供电。
  3. 当主机端与装置端透过USB-C cable连接后,起初以Vbus 5V沟通供电正常,用DisplayPort Alt. mode传输视讯跟音频也没问题。
  4. 可一旦供电电压超过5V,过没多久装置端就会drop自动重新识别。
  5. 重新识别后如果在Vbus 5V便能正常工作,否则超过5V便一直重复发生drop => 自动重新识别的动作。

案例分析

根据百佳泰的分析,我们发现问题出在Vbus5V上升到其他大于5V的电压时,其爬升的Vbus slew rate过快,超过规定值(30 mV/us maximum),因此造成notebook端误判OVP,使得整个环境不停重新reset。量测数据如下图所示:

关于这项问题,虽然在USB的认证测试中最初有相关测项要求量测Vbus slew rate,但却没有针对量测方法进行明确的官方定义,也造就了各家tester厂商开始自定义量测方法,导致量测出来的数值不够准确。而在百佳泰提供协会建议后,协会统一了量测方法,目前我们可以透过以下四个测项来验证Vbus slew rate是否符合标准,从而避免相关问题的发生。

  • PD.PS.SRC.1 Multiple Request Load Test
  • PD.PS.SRC.2 PDO Transitions
  • PD.PS.SNK.2 Initial Sink PDO Transitions Post PR Swap
  • PD.PS.SNK.3 Multiple Request Load Test Post PR Swap

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