3.0版規格增添認證功能　USB PD相容性問題有解

Type-C認證翻新頁　USB 3.0推廣小組推出新協定

USB Type-C認證協定定義了以密碼為基礎的USB Type-C充電器和裝置的認證機制。透過此協定，主機(Host)可以在USB裝置、充電器接入時，確認該裝置的類型/能力以及認證狀態。這項認證機制在周邊裝置連接到主機時就會同步完成，可以避免周邊向主機傳輸不恰當的電力或資料。

USB 3.0推廣小組主席Brad Saunders表示，USB是公認用於連接周邊裝置和為設備充電的最佳介面選擇。為了支援不斷擴張的USB Type-C生態系統，該小組預期市場將需要新的解決方案來驗證USB介面的一致性。新的USB Type-C認證協定將提供原始設備製造商(OEM)合適的工具，來抵禦「不良」的USB纜線、裝置和不符標準的USB充電器。

據了解，USB Type-C認證授權過的主機系統可阻絕不符合標準的USB充電器，減輕在USB連接過程中，來自嵌入式硬體或軟體惡意攻擊的風險。對於一些擔心使用公共充電器為手機充電的旅客來說，他們的手機可自行辨識這些公共充電器是否符合認證標準，並只允許透過經認證的充電器充電。有意保護自家資產的公司，也可建立特別的資安政策，使其個人電腦(PC)只能向經過驗證的USB儲存周邊傳送資料。

USB開發者論壇(USB-IF)總裁暨營運長Jeff Ravencraft指出，該組織使命是推動USB Type-C成為未來業界唯一的傳輸纜線規格，而USB Type-C認證機制是一項很重要的進展，有助於建立產品相容、可互通的蓬勃生態系統。

意法半導體(ST)標準與產業聯盟總監Joel Huloux談到，意法半導體是USB-IF董事會成員和推廣者，憑藉該公司在嵌入式裝置安全防護的豐富經驗和成就，該公司清楚了解認證、驗證和保護都是Type-C能成功和快速市場採納的重要因素。USB Type-C的嚴謹認證程序是該規格在安全方面重要的支柱，可以讓消費者和整個產業對這個規格更有信心。

在最新版的USB電力傳輸(Power Delivery, PD)規格--USB PD 3.0中，已經支援相關認證功能，讓USB Type-C與Type-C線纜可透過USB PD通訊通道交換相關認證訊息。新的USB Type-C橋接(Bridging)規格則透過USB資料匯流排，提供將資料橋接到USB PD，或從USB PD橋接資料的必要方法。USB Type-C橋接讓USB主機可以透過USB PD介面與USB集線器(Hub)的下行埠(Downstream Port)進行通訊，亦可支援其他功能。

USB 3.0推廣小組成員包括惠普(HP)、英特爾(Intel)、微軟(Microsoft)、瑞薩電子(Renesas Electronics)、德州儀器(Texas Instruments)及意法半導體。該小組工作除維護和強化USB 3.0規格外，亦提出USB PD、USB Type-C等其他規格，或採用其制定的規格來支援更多平台或使用情境，以發揮USB 3.0技術的優點，打造更豐富的使用者體驗。

USB PD高階運作架構示意圖

3.0版新規前景佳　IP/晶片商搶先支援

看好USB PD 3.0發展前景，新思科技(Synopsys)已於日前率先發表業界首款USB PD 3.0驗證IP(Verification IP, VIP)，可望強化整體生態體系發展，並促使支援USB PD 3.0的新一代產品設計加快上市。

另一方面，晶片商瑞薩電子也發布支援USB PD 3.0規格的USB PD控制器R9A02G011(圖1)。新款USB PD控制器具備安全性與防護性，不僅支援PC與智慧型手機應用，亦支援其他各種使用直流(DC)電源的裝置，包括PC周邊裝置、交流電變壓器、投影機、機器人及其他消費性電子產品，可實現以單一USB纜線執行供電與資料傳輸的應用。

圖1 瑞薩新款USB PD 3.0控制器R9A02G011功能區塊圖

USB PD 3.0規格將USB充電的最大額定值從7.5W(根據先前的USB規格)提高至100W，並包含5A時最高20V的各種電壓位準，可降低筆記型電腦和桌上型電腦的功率消耗，以及手持裝置的充電時間。隨著USB PD與新型USB Type-C連接器的問世，USB充電與資料傳輸的使用模式預期將大幅增加。

USB PD 3.0規格新增多項功能，例如可在USB Type-C至USB Type-C的纜線上交換驗證訊息。對於裝置設計師與系統開發人員而言，在裝置中採用瑞薩R9A02G011控制器將可開發出充電速度更快的系統。另外，新款控制器可透過單一USB纜線同時支援資料傳輸與供電，因此可降低系統開發成本，並簡化裝置之間的多個連線。

由於市場對於使用USB充電之裝置的需求快速成長，因此不符合規格與不相容的USB配件(例如纜線)進入市場的可能性也大幅增加。識別不相容的USB產品成為極其重要的需求，特別是以USB PD為基礎的高功率充電設計。有鑑於此，瑞薩遂推出支援全新USB PD 3.0規格的新款USB PD控制器。

新款USB PD控制器支援USB PD 3.0與USB Type-C規格，可提升供電的安全性與資訊安全防護性，並降低系統開發成本。該方案整合快閃唯讀記憶體、振盪器及開機重新設定電路及其他功能，可大幅削減外部元件的數量，因此，可用於電路板空間有限的各種應用。

瑞薩亦將結合該公司經驗證的微控制器與先進供電控制技術，提供以R9A02G011為基礎的各式USB PD應用參考板，讓製造商的設計過程更加安全、輕鬆。所有參考板將可快速評估使用者的現有裝置是否可作為USB PD支援裝置。這些解決方案將作為基礎建構要素，支援未來USB PD生態系統對於安全、防護、效率及穩定方面的需求。

目前瑞薩已開始供應R9A02G011樣品，並於5月起開始量產；此外，也已推出多款整合此新元件的參考板。

美信(Maxim Integrated)則推出可支援5V至20V寬廣電壓範圍的超低靜態電流降壓轉換器MAX77596(圖2)，能夠為小尺寸USB Type-C設備提供常備供電。

圖2 美信MAX77596電路圖

使用了高資料速率以及提升電源傳輸能力的USB Type-C接口的下一代產品，需要低壓電源為Type-C控制器供電。採用PD電壓範圍(5V至20V)的裝置，可利用MAX77596產生常時供應的數位供電電壓(1.8V/3.3V/5.0V)，為控制器供電。MAX77596降壓轉換器的工作電壓最低可達3.5V、最高24V，能夠調節從傳統5V USB電源至PD 20V上限的電壓。

可攜式裝置如平板裝置、筆記型電腦、照相機、無人機，透過靈活的MAX77596電源轉換器，可以很容易地支援Type-C加USB PD功能。以往，客戶在為USB Type-C控制器設計電源時，不得不在輸入電壓範圍、靜態電流和尺寸等因素之間進行折衷，且通常須要採用兩顆晶片進行設計，一顆低壓輸入線性穩壓器和一顆高壓輸入的開關轉換器，以覆蓋PD標準規定的寬壓範圍。MAX77596結合了寬輸入電壓範圍、低靜態電流和精巧的TDFN封裝等諸多優勢，與兩顆晶片的設計相比，能有效縮短設計時程並縮小方案尺寸。

Maxim Integrated行動電源產品線資深業務經理Samay Kapoor表示，該公司發揮在電源管理和整合領域的優勢，打造該款小尺寸、寬輸入電壓降壓轉換器，能夠取代現有的雙晶片設計方案，有效簡化客戶的設計流程。此外，MAX77596還能夠幫助設計人員在終端應用中降低功耗、延長電池使用壽命。

MAX77596降壓轉換器提供三個版本的輸出電壓，包括3.3V和5V固定輸出版本，以及可調節版本，亦即用戶可透過分壓電阻在1V至10V之間設置輸出電壓。該款轉換器還可支援高達300mA直流負載。MAX77596高度可靠，因其具備短路和過熱保護、6.67ms內部軟啟動可最小化浪湧電流、經驗證的電流模式控制架構，以及高達42V的輸入電壓容限。

測試方案也出籠　助力USB PD 3.0發展

除矽智財與晶片業者搶先卡位外，量測儀器供應商也不遑多讓，如USB與藍牙(Bluetooth)協定分析儀製造商Ellisys即宣布，在自家產品Explorer 350協定測試系統平台的分析套件(Analysis Suite)中增加支援USB PD 3.0規格。

Ellisys總裁兼執行長Mario Pasquali表示，現今開發商需要及早取得進階、多用途的工具，而目前所能取得的產品已無法滿足他們。Ellisys在USB PD與USB Type-C相關的分析工具和規格升級上投入極大心力，將會是眾廠商最有力的合作夥伴。

USB開發者論壇主席兼營運長Jeff Ravencraf也認為，相容性測試是互通運作的USB生態系統之發展基石。Ellisys等公司的支援在該技術的早期發展中極為關鍵。

德州儀器(TI)公司行銷與應用總監Kevin Jones表示，在Ellisys協助之下，德州儀器TPS65982 USB Type-C與USB PD控制器得以通過USB開發者論壇的USB Type-C認證，加速將USB Type-C引入市場。Ellisys針對USB PD 3.0規格的早期支援對於研發新一代USB產品來說至關重要。

USB PD規格最早於2012年7月提出，可提供高達100瓦的功率，為傳統USB介面帶來前所未有的功率效能提升。最新USB PD 3.0規格有多處變化，包括進階的電池管理、協定最佳化、用於認證的安全指令，以及諸多功率與協定改善。

Ellisys之Explorer 350協定測試系統除支援USB PD以外，也能幫助分析測試晶片、終端產品、纜線、USB Type-C矽智財、SuperSpeed USB 10Gbit/s(USB 3.1 Gen 2)、SuperSpeed USB(USB 3.1 Gen 1)，以及USB 2.0。由於Explorer 350可在購買時進行配置，以支援多種USB技術與主要的平台功能，使USB開發商在改善效能的同時還能維持成本。

Ellisys推出之Examiner相容性測試套件(Compliance Test Suite)屬於Explorer 350的擴增應用系統。Examiner被部署在符合USB開發者論壇指南的USB認證流程中，採用對象包括定期舉行的USB相容性工作坊，以及經授權的獨立認證測試實驗室(Independent Test Laboratory, ITL)。

綜上所述，不難看出，由於新版USB PD 3.0標準加入了認證規格，可望大幅改善現今USB Type-C纜線與USB PD相容性差，導致用戶體驗不佳的情況，因而備受業界期待。新標準甫一提出，矽智財、晶片及儀器商隨即跟進並發布相關解決方案，預料將為USB Type-C與USB PD應用發展注入一劑強心針。