USB-IF PD 3.1－EPR 規格與進出 EPR Mode 的程序

歷代PD供電規格比較

開始介紹EPR進出Mode的程序之前，必須知道新版的PD3.1規範與舊版本之間的差異，以便了解EPR在PD3.1中扮演的重要性，一般電流電壓規範請參考下方統整與表1；PPS與AVS差異請參考表2。

• Maximum Power : 將PD3.0的最大功率輸出100W，擴展至240W。
• Fixed PDO : 定電壓的輸出，新增28V、36V以及48V的規格。
• Programmable Power : 延續PD3.0在100W以下的輸出規格。
• Adjustable Voltage : 以高於20V定電壓的規格，制定新的可調式電壓。
• Maximum Current : 延續PD3.0功率輸出的最大電流5A。
• Cable :制定新的EPR Cable，必須宣稱支援50V/5A以符合高於100W的EPR輸出規格。

 

                                                                                                       表1：歷代PD供電規格

 

 

                                                                                表2：PPS與AVS差異

 

進出EPR Mode的程序

以下會透過測試的Log與步驟來實際呈現EPR Source/Sink，如何進入與離開EPR Mode。

 

Step1 – Explicit PD Contract

此階段，Source/Sink會確認雙方是否都有宣告支援 EPR Mode：

1. Source/Sink，需要先建立 Explicit PD Contract。
2. 在Source Capabilities與Request Message中，檢查雙方是否有宣告支援EPR Mode。
   1. EPR Mode Capable – Source/Sink用來宣告是否支援 EPR Mode。

                                                                                                      圖1：Source/Sink建立PD Contract

 

Step2 – Enter EPR Mode

在該階段，雙方會發送EPR Mode_Enter/Ack/Succeeded/Failed/Exit，確認雙方的需求與回應 :

1. Sink發送EPR Mode_Enter，向Source表示要進入EPR Mode。                                                                                                                                                                                        

   
                                                                                 圖2：Sink發送EPR Mode_Enter

       b. Source確認有支援EPR Mode後，發送EPR Mode_Enter Acknowledged，向Sink表示允許進入EPR Mode。


                                                                       圖3：Source發送EPR Mode_Enter Acknowledged

       c. 依照帶線或是不帶線的產品，有兩種不同的行為：

1. 1. 不帶線的產品：需先發送Discover ID Request，確認線材規格是否宣稱可承受50V/5A之後，才能發送EPR Mode_Enter Succeeded，向Sink表示成功進入EPR Mode。
   2. 帶線產品：直接發送 EPR Mode_Enter Succeeded，向Sink表示成功進入EPR Mode。

                                                                                        圖4：Source發送EPR Mode_Enter Succeeded

Step3 – PD Negotiation in EPR Mode

在該階段，雙方會在EPR Mode中，建立EPR PD Contract :

1. Source發送EPR_Source_Capabilities，向Sink宣告其在EPR Mode中的供電能力。
   1. SPR – PDO#1~PDO#7
   2. EPR – PDO#8~PDO#13
2. Sink依照需求選擇PDO，填入EPR_Request中並傳送給Source。

                                                                         圖5：Source發送EPR_Source_Capabilities with SPR and EPR PDOs

Note:
SPR PDO : Data Objects 1~7組需填入SPR PDO，若不足7組，則寫入0補滿。
EPR PDO : Data Object 8~13組需填入 EPR PDO，若不足6組，不須寫入0補滿。

 

Step4 – Maintain Communication in EPR Mode

在該階段，Source會確認Sink是否仍保持在EPR Mode中 :

1. Sink在EPRKeepAliveTimer timeout後，發送EPR_KeepAlive，向Source宣告雙方目前仍保持溝通。
2. Source收到Sink的EPR_KeepAlive後，發送EPR_KeepAive_ACK，並停止SourceEPRKeepAliveTimer。
   1. 若SourceEPRKeepAliveTimer timeout，則Source會發送Hard Reset，強制中止EPR Mode。

                                                                                                               圖6：Sink發送EPR_KeepAlive

 

Step5 – Exit EPR Mode

Source/Sink若想離開EPR Mode皆可主動發起EPR Mode_Exit離開，但必須遵守以下規定 :

1. 必須將電壓下降至定電壓20V以下(包含20V) :
   1. Source發送EPR_Source_Capabilities重新建立溝通，且其中不包含EPR PDO的宣告。
   2. Sink發送EPR_Request，並宣告要求SP

1. 
                                                                                                      圖7：Sink發送EPR_Request with SPR PDO#1
   
   
2. 達到上述條件後，電壓應下降至20V或是更低，此時Source/Sink任一方都可發起EPR_Mode_Exit來向對方表示要離開EPR Mode。                                                                            
   
                                                                                           圖8：Sink發送EPR_Mode_Exit with Vbus 5V
   
   
3. 收到EPR_Mode_Exit後，Source必須在tFirstSourceCap時間內發送Source Capabilities，以重新回到SPR Mode。完成SPR PD Contract後，即完成了EPR的進入與離開。

1. 
                                                                                                   圖9：Source發送Source Capabilities
   
   

結論

USB-IF在PD 3.1推出EPR Mode，使PD的功率輸出提升至240W，以便能更廣泛地應用在各類型的產品上；然而高瓦數的輸出方式，必然帶著相對高的安全性風險，對此USB-IF在PD3.1 SPEC特別針對EPR Mode制定了相對應的運作方式，為的是在提升功率輸出的同時，能降低安全性的疑慮，因此對於EPR Mode所制定的相關規則或運作模式才會相對複雜。
USB-IF近年不斷在Power Delivery功能上做出創新，且制訂相對應的規定以降低安全性的疑慮，我們可以期待Power Delivery未來將導入到更多元的產品。

 

參考文獻

1. USB Power Delivery Specification Revision 3.1, Version 1.0, May 2021
2. Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.1, May 2021