因應USB PD充電規格 電腦週邊供電應用設計
- DIGITIMES企劃
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USB PD規格針對實際應用需求做了許多設計調整，包含在功能追加認證機制以改善供電方設備與取電方裝置的互通性與相容性，USB PD新版規格結合USB Type-C連接器發展更健全的充電應用，不僅讓USB介面充電/供電應用更趨實用、便利，也成為新世代行動裝置熱門電源設計方案。
USB PD(Power Delivery)將新版標準列入認證(Authentication)規格後，由於新一代USB PD已明確定義周邊裝置的連接規格與電氣規格要求，透過常規認證亦可提升支援USB PD供電方與受電方兩側設備的相容性與互通性，對於提升設備安全與用戶使用體驗均有正面助益，甚至追加USB Type-C新一代介面整合，也可正面促進USB PD介面設備生態系產品發展。
行動裝置電力需求增 內建電池容量越來越高
行動裝置設計主流，以更高效能、更大顯示屏、更多功能整合驅動產品更新，新一代產品為了提供更優異的功能，大多選擇搭載超過3,000mAh甚至5,000mAh等級的鋰電池，大容量電池雖可有效提升整合大量新功能、高階元件的設備電力需求，但實際上也會因此導致設備充電時間過久；另一方面電腦週邊雖以USB介面一統常用資料傳輸介面，但受限早期USB介面傳輸電壓、電流規格限制，也讓USB供電特色在因應大電力設備的實用性受限，導致設備周邊不僅需資料傳輸線材，也需要額外配置專屬變壓器，不僅增加成本，低價交換式電源產生的能源轉換消耗也形成無謂的浪費。
USB 3.0推廣小組(Promoter Group)成員包含HP、Intel、Microsoft、Renesas Electronics、Texas Instruments與及STMicroelectronics。USB 3.0推廣小組除維護與延伸、強化USB 3.0應用規格外，同時也提出USB PD、USB Type-C等擴展應用規格，透過新規格支援更多平台或更新穎的產品使用情境，其中，USB PD規格正是為了改善前述問題推出的電力輸送Power Delivery規格標準，只要遵循USB PD新規格設計，透過USB傳輸介面與線材就能達到高速資料傳輸兼具高達100W電力輸送雙用途，改善週邊連接應用使用體驗。
在USB 3.0推廣小組發佈USB Type-C連接器認證規格、並在最新USB PD標準中加入新介面功能，預期通訊序列匯流排電力傳輸產品應用將大幅增溫，因應USB PD標準對應的矽智財(IP)、解決方案也會越來越多。
USB搭配認證協議 提升設備充電應用安全與效能
檢視USB Type-C認證協定定義，會發現USB Type-C充電器與對應裝置的認證機制，為以密碼為基礎的認證協定，透過主設備(Host；供電方)當在USB裝置、充電器進行接入，即完成裝置類型/最大電力需求與設備認證狀態，而設備驗證與認證機制會於周邊連接至主機即同步完成，除可確認週邊合宜的供電請求，也能避免用電方(週邊設備)向主控設備索求不正確的電力需求或是驗證週邊狀態資料。
基本上USB介面已是PC、NB、行動裝置公認通用的傳輸介面選項，而在USB PD規格釋出，除能讓USB介面擴展電力傳輸應用的實用表現，同時為了支援新一代USB Type-C介面的應用生態系統，也必須搭配一致性的驗證方案進行設備與線材的相容驗證，避免不良的設備或線材，甚至是不符合標準的USB充電器，影響新一代USB PD應用的產品擴展與使用體驗。
USB Type-C介面搭配USB PD 維持高效傳輸同時提升充電效能
而在最新版的USB PD規格中，已經支援供電方、受電方與傳輸線材的相關認證功能，使USB Type-C介面和Type-C纜線能經由USB PD通訊傳輸介面交換設備與線材的認證訊息，至於新的USB Type-C橋接(Bridging)的支援規格，則可經由USB介面資料匯流排進行設備資料交換，同時提供將資料橋接至USB PD或自USB PD橋接資料的使用需求，而USB Type-C介面橋接則可讓USB主控端能經由USB PD介面搭配USB集線器(Hub)之下行介面(Downstream Port)進行通訊程序，同時維持原有USB介面的相關功能。
目前USB PD已有多家業者搶推主控晶片、參考設計，例如Renesas Electronics即將其經過驗證的微控制器搭配先進供電技術，開發出多組USB PD參考設計與解決方案，透過針對USB PD優化的參考設計可以讓裝置開發業者縮短產品設計時程，設計出更趨完備、更安全的USB PD支援功能產品。
另一家Maxim Integrated半導體業者，看準USB PD智能供電輸出的電力控制晶片需求，推出可支援5V~20V寬電壓範圍之低靜態電流降壓轉換器元器件，簡化USB PD與USB Type-C介面整合產品的供電設計開發需求。除半導體業者積極搶食USB PD市場商機外，測試設備、解決方案也紛紛推出，因應新一代USB PD產品衍生的測試需求。Ellisys分析儀製造商即宣佈將在Ellisys Explorer 350測試平台中的分析套件追加USB PD 3.0測試支援規格，其他主流測試儀器業者也紛紛跟進新一代測試標準、並提供對應之解決方案。
USB PD規格高達100W電力輸出 擴展電力驅動周邊應用
由於USB PD規格可支援高達100W功率的電力傳輸，可為傳統USB介面帶來極顯著的規格提升，甚至如LCD顯示器、印表機、掃描器等大電力週邊設備也可在導入USB PD介面支援後，僅使用單一介面傳輸線便可取代資訊、電力傳輸雙重需求。然而，最新的USB PD規格變化下相當多，如進階電池管理、傳輸、充電協議的最佳化等，與用於主控設備、外接設備、傳輸線材等認證安全指令，已大幅增加原有USB介面設計的系統複雜度。
新版USB PD標準加入認證規格，也能進一步改善現有USB Type-C連接器、傳輸纜線與USB PD新規格應用的相容性差，避免用戶因為使用不合標準規範的設備與線材，導致用戶體驗不佳甚至出現設備毀損的情況，然而對應新標準提出，包含USB PD對應的矽智財、晶片、解決方案、參考設計與分析儀器等業者，也紛紛推出方案因應，推動USB Type-C、USB PD進階應用加速滲透應用市場。
由於USB PD規格優化持續進行，為了能因應最新標準進行產品優化，也有業者發展更具彈性的開發解決方案，因為在規格變動較大的技術發展初期，往往會因為相關技術規格持續演進而導致原始設備的製造商，在規劃或是導入新技術至產品中出現極大的挑戰，因為只要規格一異動，等於相關設計與產品相容度改善就會造成極大的負荷，對此，晶片業者即以可程式化(Programmable)的解決方案與對應開發工具、參考設計，減低新技術或新規格導入可能在開發段產生的後續維護更新疑慮，而在USB PD產品設計方向亦同，晶片商也有推出整合可程式化的晶片解決方案，提供初期設備製造商迅速適應最新規格、技術要求的開發彈性，令整合新技術的終端產品得以加速上市時程。
USB介面已成設計主流 新介面應用導入速度加速
然而，相較以往USB 1.X至2.X、甚至是3.X的介面標準規格升級，早期較常見的在新規格進入市場的轉換時間原本自數年加速至僅需數個月，就能在市場上找到對應的設備或是新產品，新技術在市場滲透速度可以說是呈現倍速增長，加上USB PD的發展方向與規格釋出穩定，從原本對應規劃的標準電壓(Normative Voltage)規格設定，由5V、9V、12V、20V改成5V、9V、15V、20V，後續另有針對USB PD追加認證(Authentication)進階規格，除此之外近期較無可能出現大幅的規格異動，但對晶片解決方案而言，仍以較具彈性的可程式化解決方案選項較佳，才能因應新進規格的小幅異動或調整。
即便目前採行USB PD規格的電腦設備不多，但實際上在2016年中、高階電腦設備已紛紛將USB Type-C介面列入支援規格，在手機或智能設備方面，新款高階產品也紛紛導入Type-C介面與對應纜線，尤其是Type-C連接器與纜線成本持續壓縮，而在USB Type-C介面、纜線與USB PD規格支援方面，業界一般也評估以手機大量搭載後可以快速驅動相關導入成本逐步壓縮，相關介面導入的動能也以智慧手機的需求最為強勁，此現象亦可改善初期USB PD解決方案成本較高問題。
USB PD安全性仍是廠商關注焦點 初期以中功率電力設備支援為主
另一個較令開發商憂心的重點在於，由於USB Type-C搭配USB PD等於可以透過該介面輸出達100W電力，在高電壓與大電流使用情境下，充電或是驅動大電力設備的安全性則必須慎重看待與處理，在裝置故障發生時不是僅無法使用問題，而是可能出現燒毀、冒煙甚至釀災，針對此電源解決方案的電力傳輸(Power Delivery；PD)控制器安全設計就相當重要，一般會在設備接入後進行介面、線材、終端設備的交互授權與認證機制，確認終端可接受的電力傳輸模式，透過裝置互連時先在終端設備顯示彈出視窗，由用戶決定是否以對應最高功率進行電力傳輸，增加設備使用安全意識。
但在初期電力傳輸應用方面，由於USB PD極限輸出最大值100W在安全疑慮較高，多數終端設備開發業者多半僅會鎖定可提升充電效能方向著手，業界評估應會以實現60W以內的中間電力輸出功率支援為主，較不會貿然直接提供高達100W的高額電力輸出支援，在實用性與安全性取得均衡的折衷設計。
