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2014年，在支持正/反兩面插拔的USB-C發(fā)表之后，USB Type-C形式逐漸成為普遍使用的傳輸接頭。2015年，Thunderbolt也開始采用與USB Type-C形式同樣的接頭。因應(yīng)USB-C和Thunderbolt接口的普及以及傳輸速度的提升，相關(guān)設(shè)備對(duì)功率的要求也有進(jìn)一步的增加。其中，Power Delivery（簡(jiǎn)稱PD）的技術(shù)使得電源傳輸支持個(gè)別方向運(yùn)作，供電率從BC 1.2版本的7.5W一躍而升至100W。USB-IF于2021年發(fā)布了「USB Power Delivery Specification Revision 3.1」之后，新增28V、36V和48V電壓范圍，使最大供電功率分別達(dá)到140W、180W和240W。
USB-C與Thunderbolt的電源供給裝置和受電裝置之間，有相同的協(xié)議。受電裝置可提供允許以及現(xiàn)在需要的電壓及電流(PDO，Power Data Object)。同理，供電裝置也會(huì)透過協(xié)議提供能夠供應(yīng)的PDO。
有鑒于此，相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)也明確的定義了電源相關(guān)的規(guī)范以及測(cè)試流程，而相關(guān)測(cè)試的核心設(shè)備又以多功能電表和直流電子負(fù)載為主。以下會(huì)針對(duì)USB Power Delivery及Thunderbolt使用到直流電子負(fù)載之測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行來說明與做及比較（以20V/100W以內(nèi)的PD 2.0為主要討論范疇）。
Thunderbolt?電源規(guī)范量測(cè)說明
量測(cè)用治具，建議下列擇一使用，以利量測(cè)進(jìn)行：
- Wilder USB 3.1 Type-C power delivery coupon (Part No. 640-0760-000)
- LUXSHARE-ICT USB power delivery coupon (Part No. TF21-215G)
測(cè)試儀器及設(shè)備之規(guī)格要求
主要測(cè)試設(shè)備包含直流電源供應(yīng)器、直流電子負(fù)載、多功能數(shù)字電表以及PD Controllers。
Thunderbolt 環(huán)境圖
1. 直流電源供應(yīng)器要求符合以下規(guī)格
因此規(guī)范中建議使用Keysight N6705C搭配N6752A模塊。
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N6705C DC Power Analyzer
數(shù)據(jù)源：https://www.keysight.com/us/en/product/N6705C/dc-power-analyzer-modular-600-w-4-slots.html
2. 直流電子負(fù)載
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因此規(guī)范中建議使用Chroma 6312A搭配63101A模塊
3. 多功能數(shù)字電表
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因此規(guī)范中建議使用Keysight 34465A。
34465A Digital Multimeter, 6 ? Digit, Truevolt DMM
數(shù)據(jù)源：https://www.keysight.com/us/en/support/34465A/digital-multimeter-6-5-digit-truevolt-dmm.html）
4. PD Controllers
沒有特別指定。
須使用直流電子負(fù)載進(jìn)行測(cè)試的項(xiàng)目
Power Capacity會(huì)使用到多臺(tái)電子負(fù)載進(jìn)行定電流及定功率模式的抽載測(cè)試。
針對(duì)DUT下每一個(gè)Port所支持的PDO進(jìn)行所有的排列組合并測(cè)試，同時(shí)包含VBUS與VCONN，確認(rèn)電壓沒有低于規(guī)范。另外，依據(jù)不同角色(Host/ Self powered device)，會(huì)有不同的抽載電流設(shè)定。
Current Limit會(huì)使用到1臺(tái)電子負(fù)載進(jìn)行定電流階梯掃描模式抽載測(cè)試。
依照特定條件，分別針對(duì)單一Port的VBUS(所支持的PDO)與VCONN(CC1/CC2)透過階梯式的定電流模式進(jìn)行掃描測(cè)試，以確認(rèn)每一個(gè)Port的過電流保護(hù)點(diǎn)。
Short Protection會(huì)使用到1臺(tái)電子負(fù)載進(jìn)行短路模式測(cè)試。
依照設(shè)定條件，分別針對(duì)單一Port的VBUS與VCONN(CC1/CC2)，進(jìn)行一段時(shí)間的短路模式測(cè)試，以確認(rèn)每一個(gè)Port的短路保護(hù)功能。
Over Power Protection會(huì)使用到一臺(tái)有定功率階梯掃描模式的電子負(fù)載進(jìn)行抽載測(cè)試。
若DUT某Port之PDO有符合設(shè)定條件才進(jìn)行測(cè)試。針對(duì)這些Port的VBUS，透過階梯式的定功率進(jìn)行掃描測(cè)試，以確認(rèn)每一個(gè)Port的最大允許功率是否符合額定值。
介紹Thunderbolt電力傳輸測(cè)試流程及規(guī)范后，接下來百佳泰會(huì)再繼續(xù)說明USB的部分，并進(jìn)一步比較兩者差異。
USB Power Delivery測(cè)試規(guī)范量測(cè)說明
量測(cè)以USB-IF協(xié)會(huì)指定之QuadraMAX進(jìn)行，QuadraMAX可視為多功能整合的一體機(jī)，而PD測(cè)試會(huì)使用到的功能包含其中的可程序化直流電源供應(yīng)器、電子負(fù)載、數(shù)字電表及PD Controllers。
QuadraMAX設(shè)備
直流電子負(fù)載4大測(cè)試項(xiàng)目
以下列出必須使用直流電子負(fù)載進(jìn)行測(cè)試的項(xiàng)目：
USB Power Delivery 環(huán)境圖
針對(duì)DUT下每一個(gè)Port所支持的PDO從最低電壓依序增加，直到每個(gè)Port都達(dá)到其PDO所支持的最高電壓，每個(gè)階段都對(duì)每個(gè)Port的VBUS進(jìn)行電流抽載測(cè)試，抽載電流以該P(yáng)DO所允許之最大額定電流的25%為單位增加，直到滿載，確認(rèn)每個(gè)測(cè)試條件下，其VBUS電壓沒有低于規(guī)范。
針對(duì)DUT下每一個(gè)Port所支持的PDO進(jìn)行所有的排列組合，每個(gè)組合都對(duì)每個(gè)Port的VBUS進(jìn)行電流抽載測(cè)試，抽載電流以該P(yáng)DO所允許之最大額定電流的25%為單位增加，直到滿載，確認(rèn)每個(gè)組合的測(cè)試，其VBUS電壓沒有低于規(guī)范。
針對(duì)DUT的每一個(gè)Port所支持的最高電壓之PDO進(jìn)行VBUS的最大允許電流抽載，抽載電流以所允許之最大額定電流的25%為單位增加，直到滿載后，傳送Hard Reset訊號(hào)，需在規(guī)范時(shí)間內(nèi)回到指定電壓，以確認(rèn)此功能正常。
針對(duì)DUT的每個(gè)Port所支持的每個(gè)PDO進(jìn)行VBUS過電流保護(hù)測(cè)試，抽載電流以該P(yáng)DO所允許之最大額定電流的25%為單位增加，直到滿載后，再改以小刻度微幅增加，并記錄發(fā)生保護(hù)的電流值，以確認(rèn)過電流保護(hù)功能正常。
USB PD與Thunderbolt抽載測(cè)試比較
比較兩者測(cè)試規(guī)范，差異最大的4點(diǎn)如下：
- USB Power Delivery針對(duì)VBUS的抽載測(cè)試中，不需要同時(shí)對(duì)VCONN抽載。
- USB Power Delivery測(cè)試使用QuadraMAX與通用的USB Cable進(jìn)行，意即沒有電壓Remote Sensing機(jī)制。
- Thunderbolt的抽載測(cè)試中，會(huì)有VBUS與VCONN同時(shí)抽載的需求。
- Thunderbolt的抽載測(cè)試中，沒有整合性的儀器及自動(dòng)化流程。
綜合上述，USB PD的部分，在抽載測(cè)試的電壓量測(cè)上，無法實(shí)現(xiàn)電壓Remote Sensing。為了補(bǔ)償Cable的直流等效電阻在抽載時(shí)電流所造成的電壓量測(cè)誤差，每一次測(cè)試之前都必須先使用QuadraMAX量測(cè)Cable直流等效電阻，并且將此阻值回填至系統(tǒng)中，作為電壓量測(cè)誤差的補(bǔ)償依據(jù)。但實(shí)際使用上卻無法校正此等效直流電阻因?yàn)闇囟认禂?shù)所造成的誤差。然而，為了實(shí)現(xiàn)Thunderbolt的抽載測(cè)試，必須具備多臺(tái)設(shè)備以及繁瑣的人工操作，在時(shí)間、空間及金額上的成本累積起來都相當(dāng)可觀。
產(chǎn)品在開發(fā)階段，除了須遵循USB-IF標(biāo)準(zhǔn)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量及安全設(shè)計(jì)符合規(guī)范，廠商更需要驗(yàn)證自家Type-C產(chǎn)品（包括線纜）在不同使用情境下，能否與其他產(chǎn)品順利運(yùn)作，以防止供電異常、系統(tǒng)停擺、甚至組件燒毀等現(xiàn)象發(fā)生，引發(fā)不良使用者經(jīng)驗(yàn)。
百佳泰提供可應(yīng)用于Thunderbolt及USB PD的測(cè)試設(shè)備，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)整合及自動(dòng)化的系統(tǒng)，以降低以上之量測(cè)成本。如果有興趣想進(jìn)一步了解，可與我們聯(lián)系cn_service@allion.com.cn。
*Thunderbolt?是Intel??Corporation的注冊(cè)商標(biāo)
*USB、USB4?、USB-C?、USB Type-C?和USB-IF是USB Implementers Forum的注冊(cè)商標(biāo)