ATE电源测试
6010 ATE 提供快速充電技術〈 QC2.0, QC3.0, PE, PE+ 2.0, USB PD 〉測試解決方案
ATE 提供快速充電技術〈 QC2.0、QC3.0、PE、PE+ 2.0、USB PD 〉測試解決方案
博計開發的99094 Quick Charger Emulator同時提供Quick Charger、Pump Express、USB PD 3種快速充電裝置模擬測試。99094內部含有Channel 1、Channel 2、Channel 3、Channel 4四組快速充電模擬器，在6010 ATE系統上可以同時模擬4個手機、平板及筆電等裝置的快速充電控制信號，對於各種快速充電技術的充電器提供快速的測試與驗證。
99094的每個Channel內為15Pin的連接器，如下圖所示，15Pin的控制信號再區分CHA與CHB的控制信號，這是提供給生產線上高速測試所需的測試治具A/B切換的連接需求，每個連接器接腳如下圖、如下表所示。
99094 pin define
1. Quick Charger 2.0 與 3.0
因應手持裝置、手機、平板的電池容量加大後，使用5V/1A, 5W 標準充電器導致充電時間過長，除了 QC 1.0 5V/2A,10W 充電器較 5W 標準充電器可降低50% 充電時間的方案外，Quick Charge 2.0 是 Qualcomm 對行動裝置能提供更快速充電的方案，當行動裝置與充電器都符合 Quick Charge 2.0 協議時，充電器接受行動裝置的指令，提高充電器功率輸出達到對行動裝置電池快速充電。
具體來說 Quick Charge 2.0 提供 5V, 9V, 12V, 20V, 最大 18W 四段電壓充電，其符號是閃電加圓圈有Class A與Class B 兩種,如下圖所示，其中Class A支援三種電壓 (5/9/12V)，Class B支援四種電壓（5/9/12/20V）。
QC 2.0的原理
充電器是偵測 USB 上D+與D-的電壓來控制充電器的輸出電壓，如下表所示
QC 2.0的控制方式
博計6010 ATE的99094 Quick Charger Emulator針對QC 2.0測試能夠模擬D+，D-的各種電壓組合來驗證測試充電器的輸出電壓，還能夠模擬連接及移除對充電器的連接， 來驗證充電器能夠立即自動停止高電壓輸出降為5V， 確保功能正常符合Quick Charge 2.0 的規範。
QC Charger Application Connect diagram
目前市面上已經有許多廠商的產品支援 Quick Charge 的裝置，如 HTC,SONY,MOTOROLA, Google,Samsung,Asus 等。
由於 Quick Charge 2.0 具有縮短充電時間顯著的效能，對消費使用者相當便利，預計未來會愈來愈普遍，當然充電器也須從目前標準 5V/1A 5W 向上提升到 15W 或 18W，才能有能力快速充電。
除了Quick Charge 2.0外，Qualcomm已經推出下一代Quick Charge 3.0快速充電技術，採用最佳電壓智慧演算法（Intelligent Negotiation for Optimum Voltage,INOV）可以進一步減少功率損耗達45%，Quick Charge 3.0以0.2V增減量，從3.6V到20V電壓讓手機獲得最適電壓來達到提高充電效率並改善發熱問題。
QC 3.0的原理
充電器是偵測 USB 上D+與D-的電壓及脈波來控制充電器的輸出電壓，如下表所示
QC 3.0的控制方式
QC 3.0與QC 2.0不同點為增加電壓微調功能，D+ PULSE 使Vout電壓增加0.2V，D-PULSE使Vo u t 電壓減少0.2V， 測試結果如下圖，16個D+PULSE 使Vo u t 電壓增加3.2V，16個D- PULSE 使Vout電壓減少3.2V。
Quick Charge 3.0 Ramp Up 3.2V and Ramp Down 3.2V
博計6010 ATE的99094 為 4 Channel 的 Quick Charger Emulator，能夠模擬D+,D-的脈波控制0.2V的增量與減量來驗證測試充電器的輸出電壓,確保符合Quick Charge 3.0的規範。如下圖所示...
2. Pump Express Plus & Pump Express Plus 2.0
Pump Express為聯發科技的快速充電技術，目前已經推展至3.0版，基本上是使用高電壓大電流來提供快速充電，已獲得SONY、聯想、金立、魅族等品牌業者採用。Pump Express特點為允許充電器根據電流決定充電所需的初始電壓，由手機內的PMIC發出脈衝電流指令通過USB的Vbus傳送給充電器，充電器依照這個指令調變輸出電壓，電壓逐漸增加至高達5V 達到最大充電電流。
聯發科目前有兩種快速充電規格：
（1）Pump Express Plus為快速直流充電器提供的輸出功率小於15W（5V）類似QC2.0，受控輸出固定電壓： 5V、 7V、9V 、12V，主流輸出功率：5V/1A & 5V/1.5A。
（2）Pump Express Plus 2.0為充電器提供的輸出功率大於15W，其差別為輸出電壓可控制，類似 QC3.0但是以0.5V 為增減量，從5V到20V電壓讓手機獲得最適當電壓來達到提高充電效率並改善發熱問題。
Pump Express的原理
用命令(吃載不同的電流)控制Adapter輸出不同電壓，電流Ilow < 0.13A，Ihigh > 0.3A，PE在變換電壓後需立即吃載至少0.3A 否則電壓會自動跳回5V。
如下圖所示...
PE+2.0動作時序圖
博計6010 ATE的99094 為 4 Channel 的 Quick Charger Emulator，能夠模擬命令，吃載不同的電流，電流Ilow < 0.13A，Ihigh > 0.3A來驗證測試充電器的輸出電壓，確保符合PE的規範。
如下圖所示...
PE Charger Application Connect diagram
3. USB Type-C 支援 Power Delivery
為了更加普及USB在不同裝置供電上的應用，並減少電源線的配置，包括手機及筆電的充電器，全新的USB Power Delivery便應運而生。USB-IF於日前宣布了這項名為USB Power Delivery（簡稱PD）的電力傳輸規範，旨在透過高達20V 5A 100瓦的電力傳輸量，多達7種電壓輸出組合，讓各種裝置均能透過單獨一條USB線纜滿足供電需求，而縮短裝置充電時間的優點，更能優化行動應用的便利性。
Power Delivery的原理
USB PD的通信是將協議層的消息調製成24MHZ的FSK信號並耦合到VBUS上或者從VBUS上獲得FSK信號來實現手機和充電器通信的過程。
以手機和充電器都支持USB PD為例講解如下：
- USB OTG的PHY監控VBUS電壓，如果有VBUS的5V電壓存在並且檢測到OTG ID腳是1K下拉電阻 ( 不是OTG Host模式，OTG Host模式的ID電阻是小於1K的 )，就說明該電纜是支持USB PD的。
- USB OTG做正常BCS V1.2規範的充電器探測並且啟動USB PD 設備策略管理器，策略管理器監控VBUS的直流電平上是否耦合了FSK信號，並且解碼消息得出是CapabilitiesSource 消息，就根據USB PD規範解析該消息得出USB PD充電器所支持的所有電壓和電流列表組合。
- 手機根據用戶的配置從CapabilitiesSource消息中選擇一個電壓和電流對，並將電壓和電流對加在Request消息的payload上，然後策略管理器將FSK信號耦合到VBUS直流電平上。
- 充電器解碼FSK信號並發出Accept消息給手機，同時調整Power Supply的直流電壓和電流輸出。
- 手機收到Accept消息，調整Charger IC的充電電壓和電流。
- 手機在充電過程中可以動態發送Request消息來請求充電器改變輸出電壓和電流，從而實現快速充電的過程。
博計6010 ATE的99094 為 4 Channel的Quick Charger Emulator，每個Channel 內含USB type C PD控制晶片能夠模擬裝置來驗證測試USB PD煩瑣的測試程序，不同規格的電源產品只需要一次測試項目的編程，即可使用單鍵簡單的操作完成所有繁瑣的測試，取得測試報告，有效縮短測試驗證的時間，確保符合PD的規範。
如下圖所示...
PD Charger Application Connect diagram
6010 ATE for Quick Charger 的系統架構圖
