USB PD快充驗證檢測有訣竅　涵蓋協定相容/供電性能/角色切換

USB Type-C為各大電子設備的主流連接埠。目前技術上，USB Power Delivery(USB-PD)3.2最高可讓Type-C線材達到100~240W的電力供應；包含可程式設計電源(Programmable Power Supply, PPS)協定，容許對匯流排電壓和電流進行精確調節。這些特性方便Type-C充電器同時支援各種不同功率需求的裝置進行充電流，讓一個充電器可以同時充飽多個設備，大幅提升使用便利性和設備間的協作效率。以下文章，討論Type-C的USB PD優勢、以及其檢測驗證內容。

Type-C獨有的USB-PD快充協定

USB-PD快充協定由USB-IF非營利組織制定。過去的PD 1.0、2.0有支援Type-A、Type-B、Type-C連接埠。但目前較為主流使用的PD 3.0、和新的3.1、3.2等規範，均僅用於Type-C型接頭。

以最新USB PD 3.2來說，支援的擴展功率範圍從最基礎的5V到高達48V傳輸電壓，來達到高達240W的功率等級，相較傳統DC充電的可攜式電子裝置規格最高到90W，Type-C型的PD快充僅需約一半的時間。且PD協定允許「電源Source」和「待充設備Sink」自動協商所需電壓，達成不同功率設備互通。例如，大瓦數充電器連接耳機等小功率設備，透過內置的控制晶片協商兩端可適電壓電流後充電，保證充電不損壞設備。

PD協定的Type-C充電接頭上共有24個針腳，Type-C電纜的兩端相同，因此在充電和資料傳出功能中，每個接頭都能充當Source或Sink角色。具備Type-C的兩台設備在電纜接通後，首先輸出最小瓦數進行協商，確認彼此擔任Source/Sink，及協商出電壓(充電瓦數)後，進行充電；這些工作僅在一秒內完成。

圖1、2中，顯示Type-C接頭在兩種插拔的正反向情況下，針腳依然有對應的連接方式，因此才不像Type-A需要固定的插拔方向。

PD快充協定的測試/驗證方法

針對Type-C的USB Power Delivery(PD)測試項目，可參考USB-IF規範的USB-PD Type-C設備測試。針對「供電」的合規性可下載官方檢測指標文件(※本篇文章中，此文件更新至2025 Q1版本)；其主要測試範圍包括：協定相容性、電氣性能、功能驗證、安全性測試等，以下整理文件中的項目內容：

Physical Layer Specific Tests物理層測試

測試設備會產生多種輸入訊號，監控訊號傳輸中的物理特性，包括波形準確性、噪聲抑制能力、誤碼率(Bit Error Rate, BER)和訊號品質。

測試內容：

・眼圖測試：檢查訊號的穩定性，是否符合標準要求的眼圖模板(圖3)。

・噪聲注入測試：透過模擬噪聲環境測試設備的抗干擾能力(圖4)。

・訊號切換檢測：檢查訊號在CC(Configuration Channel)線上的正確傳輸。

Protocol Specific Tests協定層測試

檢測設備的協定傳輸是否符合USB PD 3.1標準，包括UUT測試、支援Source/Sink的設備測試、針對單一Source或Sink設備的測試、結構化VDM測試。

UUT測試內容：

・由測試儀模擬不同情境，發送Discover Identity、Source Capabilities、GoodCRC等訊號，檢查設備是否回傳正確的訊號或數據。

・檢查訊息發送的完整性與正確性，如協定的版本、數據對象數量、訊息類型等。訊息類型包括：GoodCRC、Accept、Reject、Wait等控制訊息。

・Atomic Message Sequence(AMS)：

AMS是一組原子級傳輸交換，確保設備能正確處理訊號序列，例如Power Role Swap或Enter USB模式；其測試AMS是否在時限內完成傳輸並正確回應。

・未預期訊號檢測：設備是否在協定中出現未定義或錯誤的訊號。

PD3模式專屬測試項目：

・訊號擴展檢測：檢查設備對非分段擴展訊號(Unchunked Extended Messages)的支援能力，例如Source_ Capabilities_Extended、Status等。

・EPR測試：驗證設備是否正確支持Extended Power Range(EPR)相關的協定；正確發送和處理EPR_Request、EPR_Accept訊息。

・電壓與功率協商：檢測設備是否能正確處理Power Data Object(PDO)和Programmable Power Supply(PPS)數據。

支援Source/Sink的設備測試：

・PD2和PD3模式測試：驗證設備能否在Source和Sink模式間正確切換。設備是否能在Sink模式下正確發送Get_ Source_Cap訊息、在Source模式下正確處理Request訊息。

・PD3模式測試：驗證設備能否正確支持PD3模式的所有功能，包括電壓協商、角色切換、訊號的完整性及合乎規範，例如數據長度、標題參數等。

針對單一Source或Sink設備的測試：

・測試設備作為單獨Source時，能否正確發送Source_Capabilities訊號，以及回應Sink的Request。測試設備做為單獨Sink時，能否正確回應Source的Power Role Swap或Fast Role Swap訊號。

結構化VDM測試：

測試設備是否能正確發送與處理結構化VDM訊息，例如Discover Identity、Enter Mode等。

Power Supply Specific Tests電源測試

測驗Source/Sink做為電源供應端或接收端的功率轉換能力，是否符合USB PD3.1標準。測試儀將模擬不同的負載條件，測量設備的電力輸出穩定性、功率偏差和轉換效率。

測試內容：

・供電設備測試(Source Tests)：檢查設備是否能穩定輸出指定的電壓和電流。

・接收設備測試(Sink Tests)：檢查設備是否能正確接收和管理輸入的功率。

・功率轉換測試：驗證設備在SPR(Standard Power Range)和PPS(Programmable Power Supply)模式下的轉換效率。

Fast Role Swap Tests(FRS)快速角色切換測試

驗證設備是否能在瞬間斷電情況下，快速切換供電角色，確保連續穩定供電(圖5)。

・初始電源設備(Source)測試：檢查設備從供電端切換到接收端的表現。

・初始接收設備(Sink)測試：檢查設備從接收端切換到供電端的表現。

・VBUS監控：檢測角色切換期間的VBUS電壓波動，是否在允許範圍內。

USB4 Tests USB4測試

針對支援USB4的設備，模擬USB4特定場景，檢測其協商和數據重置能力。

・Data Reset Tests：檢查設備是否能正確執行USB4數據重置操作。

・Enter USB4 Tests：測試設備是否能成功協商進入USB4模式。

・Cable Response Tests：驗證纜線是否能正確支援USB4模式的訊息交換。

總結USB Type-C介面具有小巧、傳輸充電快、正反插拔皆可、多種電壓轉換等優勢，提供了直觀而卓越的體驗。隨著USB PD快充協定和CE認證的普及，Type-C的測試與驗證技術是產品設計中不可忽視的一環(此外，研發商若要將產品銷至歐盟成員國，除了USB認證，亦須通過歐盟Directive(EU)2022/2380)。未來，隨著USB4.0的技術推進，Type-C將在更高效能、更智慧化的應用中持續創新，引領電子消費品市場的發展趨勢。

(本文作者為翔宇科技行銷專員)

參考資料

[1] USB Power Delivery Compliance Test Specification

[2] USB Type-C | USB-IF

[3] USB4協定介紹、常見USB匯流排錯誤及除錯

[4] 了解USB Type-C：從介面優勢到PD快充測試方法

[5] 歐盟的2022/2380通用充電器指令

[6] USB Type-C介面PD協定解決方案