USB-IF在今年一月发布了USB PD3.1 V1.7规范，该版本主要基于USB PD3.1 V1.6更新了4个部分（ECN V1.6），分别是：Correcting Invalid Reject Message Handling，Source Transition，Source Request，EPR Entry。近期USB-IF在4月份发布了USB PD3.1 V1.8规范，该版本更新了5个部分（ECN V1.7），分别是：Update to PPS Requirements，Deprecate Interruptibility of AMSes，EUDO Cable speed field clarification，Slew Rate Exception for Power Role Swaps，Deprecate Interruptibility of AMSes。下文将对应ECN V1.6及V1.7，为大家逐一介绍这两个版本更新的内容。
ECN V1.6更新内容
Correcting Invalid Reject Message Handling
Reject消息不再作为Data_Reset和Get_Source_Cap的有效回应。对于Data Reset，接收到除Accept消息之外的任何回应都将触发ErrorRecovery，对于Get_Source_Cap，接收到任何除预期和有效消息之外的回应将触发Soft Reset。Data Reset相关介绍，请阅读往期文章“USB PD中的重置”。
Source Request
在Source调整电压期间，将对Sink的要求从“power”一词更改为“current”，因为 Sink设备通常在额定电流下工作，而不是额定功率。对Source的要求也相应的同步更改。
图2：USB PD 3.1 V1.8 章节7.1.4.1.1（摘自USB PD 3.1 V1.8）
Source Transition
摒弃了对Source调整电压过程中单调性的要求。在USB Type-C Source Power Test测试中，会经常遇到QuadraMax在SPT. Load Test测项中报关于单调性的FAIL，对于出现非单调性的电压区域，当满足“1ms内电压落差在100mV之内”的豁免条件，都可向USB-IF申请Waiver。下图是升压调节的过程捕获，标红处为非单递增区域，对于非单调性区域，无法解决时，以往通常需要申请Waiver。
图3 SPT.1 测项捕获到的电压波形图
如今，当遇到非单调性的FAIL，对于增压调整中，只要非单调性区域的电压依旧保持在上一次的协商电压vSrcValid min至新协商的电压vSrcValid max之间即符合要求。同理，对于降压调整，则要求非单调性区域的电压介于上一次协商的电压vSrcValid max 至新协商的电压vSrcValid min之间即符合要求。如上图中增压调整过程中，非单调递增区域都不存在明显的电压跌落现象，并且非单调性区域介于要求的范围内。可以看出该部分的更新对Source要求不再向以往那么苛刻，在一定程度上降低了对Source的设计与实现成本。
EPR Entry flow
对于EPR部分的更新主要有三点：
1. 简化了EPR Cable发现的流程
对于支持EPR功能的整个系统，在SPR模式下建立了Explicit Contract通常EPR Source就已经获取到了Cable的信息，无需在EPR Flow中再次检测Cable是否具备EPR能力。EPR Entry flow相关介绍，请阅读往期文章“USB-IF PD 3.1－EPR规格与进出EPR Mode的程序”。
图4 EPR Entry Flow (摘自USB PD 3.1 V1.8)
2. 对EPR相关的说明，修改了描述，明确了定义
表格1 Terms and Abbreviations (摘自USB PD3.1 V1.8)
3. 新增计时器tEPRSourceCableDiscovery
对于该计时器定义：当端口伙伴连接上后/硬重置后/或电源角色转换成功后/或快速电源角色转换成功后，要求Source在建立首次 Explicit Contract 过程中tEPRSourceCableDiscovery (2s max) 内与发现Cable。在Explicit Contract协商中的PS_RDY消息发出后，Source应在2s内发送 Discover_ID 请求命令给Cable。需要注意的是，如果Source不是 VCONN Source，tEPRSourceCableDiscovery 也将包括 VCONN Swap 所需的时间。
ECN V1.7 更新内容
Deprecate Interruptibility of AMSes & Deprecate Interruptibility of AMSes
USB PD 中所有的AMS都是不可中断的，删除所有可中断AMS的相关描述。测试发现很少有Device真正地中断任何AMS。对于以前的Spec中，可中断的 AMS消息数量不超过2条消息。对于该部分更新，意味着未来的USB PD3 CTS更新可能会删除中断AMS的相关测项，例如TEST.PD.VDM.SNK.3 Interruption by PD Message， TEST.PD.VDM.SNK.4 Interruption by VDM Message等，对于芯片公司来说，AMS不再会有优先级的判断（VDM AMS优先级最低可被中断），一定程度上简化了设计要求。
Slew Rate Exception for Power Role Swaps
PR_Swap过程中电压调节速率不再受vSrcSlewPos (30mV/μs)，vSrcSlewNeg (-30mV/μs)，vPpsSlewPos (30mV/μs)，vPpsSlewNeg(-30mV/μs) 转换速率的限制，在USB PD 3.1 7.1.14章节中，添加了PR_Swap的场景，因为在PR_Swap的过程中，Vbus 电压升降的速率可能会超过30mV/μs。PR_Swap相关介绍请阅读往期文章：USB Type-C Power Delivery 的角色交换功能”。
图5 7.1.14 Non-application of VBUS Slew Rate Limits(摘自USB PD 3.1 V1.8)
EUDO Cable speed field clarification
明确了EUDO (Enter_USB Data Object) 中报告电缆参数的方式，未来规范的产品将使用统一的EUDO电缆参数报告方法。EUDO中Cable相关的参数值（Cable Type，Cable Current，Cable Speed）通过DFP与带有eMarker的电缆插头进行沟通来获取，并由 DFP 分析，详细请参考 [USB Type-C 2.2 Spec] 所定义的USB4 发现与进入的章节内容。
Update to PPS Requirements
对于PPS部分的更新主要有以下三点： 1. 将PPS的最小电压要求从3.3V提高到5V，删除5V Prog
表格2 SPR Programmable Power Supply Voltage Ranges (摘自USB PD3.1 V1.8)
表格3 PPS Voltage Power Ranges(摘自USB PD3.1 V1.8)
表格4 SPR Programmable Power Supply PDOs and APDOs based on the PDP (摘自USB PD3.1 V1.8)
2. 优化了电压和电流阶跃的定义
a) 在USB PD Spec中，要求所有线性电压变化的标称请求电压应等于LSB变化的整数倍。PPS输出电压的LSB变化定义为vPpsStep。
对于电压而言 vPpsStep – PPS Voltage programming step size. (1 LSB) = 20mV 对于电流而言 iPpsCLStep – SPR PPS Current Limit programming step size. (1 LSB) = 50mA
补充说明：PPS Mode下电压或电流在调整过程中最小的跃阶差。PPS输出电压纹波预计会超过一个或多个LSB的幅度，如下图所示：
图6 相对于 LSB 的预期 PPS 纹波 (摘自USB PD3.1 V1.8)
b) 新增定义DNL – Differential Non-Linearity
DNL是指Power Source在PPS模式下，理想的LSB步阶与实际观察的LSB步阶之差，即相邻输入数字值对应的理想模拟值偏差。
DNL = 0 表示步阶等于ideal LSB DNL > 0 步阶大于 ideal LSB DNL < 0 步阶小于 ideal LSB
PPS电压和电流离散LSB阶跃具有DNL宽容度，如下图所示。对于电压和电流，LSB的步长绝对值分别由vPpsStep和iPpsCLStep定义。DNL error上限 (+1 LSB) 表示有效地跳过了一个跃阶的情况，DNL error 下限 (-1 LSB) 表示电压或电流的设定值保持不变的情况。
图7 为PPS 模式下允许的 DNL 误差和电压和电流容差 (摘自USB PD3.1 V1.8)
3. 放宽Current Limit规定
a) USB PD3.1 Spec 章节7.1.4.2.2，修改了描述
图8 Section 7.1.4.2.2 (摘自USB PD3.1 V1.8)
对于PPS Source收到低于iPpsCLMin (1A)的APDO请求时 Should reject request，这里将原先的“Shall”改为“Should”，由于“Should”在PD Spec中不属于强制性要求的关键词，因此允许PPS Source 接受低于1A的APDO请求，但是当PPS Source接受后，必须将会其电流限制在1A。
b) 新增负载转换速率iPpsCLLoadStepRate & iPpsCLLoadReleaseRate
在限流模式下SPR PPS Source不得以超过iPpsCLLoadStepRate (150mA/μs) 或iPpsCLLoadReleaseRate (-150mA/μs)的方式改变其设定值。电流的增减速率不得超过±150mA/μs。
c) 删除了原先较为苛刻的iPpsCLOperatingDetail的要求，即如图9中，协商的电压电流进入b点到c点的范围时，将完全处于电流限制模式，要求电压和电流的调节的范围严格的落在规定的区域内，如图10为iPpsCLOperatingDetail限定范围示意图。
图9 SPR PPS 可编程电压与电流限制 (摘自USB PD3.1 V1.8)
图10 iPpsCLOperatingDetail (摘自USB PD3.1 V1.7)
总结
以上就是USB PD3.1 规范在2023年至目前所更新的所有内容，可以看到USB PD工作组一直在不断地修正与优化USB PD规范，简化了很多不必要的要求，同时也更佳合理的详细阐明了新的要求，对USB PD产品的设计与开发成本也有一定的降低，希望未来能够有更多的芯片厂商加入到USB PD技术的开发，一同致力于打造严格的，规范的，安全的，高效的充电市场环境，创造更为丰富的应用和功能！
参考文献
Universal Serial Bus Power Delivery Specification R3.1 V1.7 Universal Serial Bus Power Delivery Specification R3.1 V1.8 USB PD R3.1 V1.6 ECNs USB PD R3.1 V1.7 ECNs
作者
GRL 上海资深测试工程师 陈世豪 Ryan Chen 毕业于中国民航大学计算机科学与技术专业，负责USB-IF Power Delivery、Qualcomm Quick Charge认证项目及ThunderboltTM，DP over Type-C等相关合规性电源测试方案。乐于协助客户解决电源测试问题，以顺利取得认证。
