潛藏風險的USB-C裝置應用：Vbus Slew Rate實測詳解

USB-C自問世後除了繼承以往隨插即用的特性，再搭配上Windows OS所提供universal driver的加持以及額外增加的15W供電跟USB Power Delivery充電技術。綜合以上優點，USB裝置的普及獲得了進一步的提升。但也因為USB-C的獨特性，使得USB裝置彼此之間的溝通比起過往來得更加複雜，無形之中也造成USB-C產品在開發設計上的難度。

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USB-C裝置應用風險與實例分享 

USB連接離不開三類產品，主機端、線纜以及設備端。在設計這三類產品時，我們需要考慮它們的訊號傳輸品質、電源（供電/壓降/耗電）穩定性，以及主機端與裝置端的正確溝通。在過往使用傳統USB接頭的時代，電源角色比較好進行識別，主機端跟供電端是一對，設備端跟受電端是一對。一個蘿蔔一個坑，由於不會搭配錯，使用情境上也相對簡單。

但來到了USB-C，因為引進了DRP (Dual Role Power)這個新概念，目前最常見的應用情境是設備端可以反向對手持式（帶電池）主機端進行充電。如果支援USB Power Delivery，更可以利用大瓦數(SPR: 100W，EPR: 240)來快速充飽電池，因此廠商在電源線路上的設計考量上務必要審慎再三。

光談理論，或許有點難以想像，因此接下來我們將透過一個真實案例來進行補充說明，看看百佳泰是如何協助客戶發現潛在問題，並且提出對應的解決方案。

 

案例描述

1. 主機端為一台帶USB-C接頭的帶電池Notebook。該USB-C接頭支援USB Power Delivery & DisplayPort Alt. mode。
2. 裝置端則為一台帶USB-C接頭的大尺寸螢幕，該接頭支援USB Power Delivery & DisplayPort Alt. mode，可以提供100W的供電。
3. 當主機端與裝置端透過USB-C cable連接後，起初以Vbus 5V溝通供電正常，用DisplayPort Alt. mode傳輸視訊跟音訊也沒問題。
4. 可一旦供電電壓超過5V，過沒多久裝置端就會drop自動重新識別。
5. 重新識別後如果在Vbus 5V便能正常工作，否則超過5V便一直重複發生drop => 自動重新識別的動作。

 

案例分析

根據百佳泰的分析，我們發現問題出在「Vbus從5V上升到其他大於5V的電壓時，其爬升的Vbus slew rate過快，超過規定值(30 mV/us maximum)」，因此造成notebook端誤判OVP，使得整個環境不停重新reset。量測數據如下圖所示：

 

關於這項問題，雖然在USB的認證測試中最初有相關測項要求量測Vbus slew rate，但卻沒有針對量測方法進行明確的官方定義，也造就了各家tester廠商開始自定義量測方法，導致量測出來的數值不夠準確。而在百佳泰提供協會建議後，協會統一了量測方法，目前我們可以透過以下四個測項來驗證Vbus slew rate是否符合標準，從而避免相關問題的發生。

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

 

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