参考文件:
USB-IF 协会公布最新 PD3.0(PPS)协议认证芯片和产品名单—东大网管:https://www.cnblogs.com/itfat/p/10429207.html
USB type C 的 PD 快充充电协议-快速入门– 简书:深圳百盛:https://www.jianshu.com/p/ca38613a79d6
正文:
对于 USB TYPE C 的 PD 快充这块来说,熟悉的人很熟悉,不熟悉的人,那就是不熟悉啊。
首先,我们从最简单的说起,看下图,先认识一下我们常见手机充电的需要的 USB 接口。
TYPE A 呢就是我们日常生活中最常见的一种 USB 接口了;
Micro B 呢是移动设备,如安卓手机中采用的是 Micro USB 接口,不过现在新手机很多改用 TYPE C;
TYPE C 呢就是我们现在文章要说的这种,优点很多,USB 接口统一性,正反插,传输数据还有充电都是更强。
下图是 USB type C 接口的标准引脚:24 PIN,可以看出把普通 USB 接口兼容,和影像,数据传输(如 HDMI、DVI、VGA 接口)都能兼容,就是说以后只需要一条 USB Type C 接口即可完成。我们这次讲的是供电充电这块的,所以当 USB type C 只用于供电时(如充电宝,适配器,车充,排插等),可以不需要标准的 24 PIN,可以去掉如 A2,A3,A8,A10,A11,B2,B3,B8,B10,B11 等 PIN 脚,这些 USB 接口厂商已经有这样的,可以省成本.
USB-PowerDelivery 既我们常说的 USB PD 快充协议,PD 快充。是由 USB-IF 组织制定的一种快速充电规范。USBPD 透过 USB 电缆和连接器增加电力输送,扩展 USB 应用中的电缆总线供电能力。该规范可实现更高的电压和电流,输送的功率最高可达 100 瓦,并可以自由的改变电力的输送方向(如充电宝的输入输出充电口和移动设备的双向充电,目前只有如 IPAD PRO,华为 MATE20)。
USB PD 协议是在 USBType C 接口上诞生的快充充电协议。所以有些人对于USBPD 和 Type-C 的关系容易混淆,type c 是一种接口规范,默认最大支持 5V3A 的充电,但在 type C 接口实现 PD 协议后,将可以把充电功率最大支持到:18W,30W,45W,60W 等甚至到最大的 100W。
目前市场上很多品牌已经有支持 PD 快充的手机(iphone8 以上机型,小米,华为,三星,诺基亚,努比亚,锤子,索尼,魅族,雷蛇,奇酷,HTC,LG 等,2),2019 年将会有更多的机型爆发出来,手机充电功率一般以 18W 为主,如果要做 PD 充电产品(如充电宝,适配器,车充,排插等),18W 的建议搭配 FP6606C 的 PD 快充协议芯片,来做充电宝,适配器,车充,排插等等。
或许有的人还没开始接触 QC3.0 或者 QC2.0 快充,需要了解 {点击这里} 。这里不做介绍. 不过需要讲的是,QC3.0/2.0 和目前的 PD 快充,是高压快充(9V,12V,15V,),20V 是笔记本。
QuickCharge3.0/2.0 是纯快速充电的协议,专注的只有充电,只能单向电能传输。协议是通过 D+,D-手机和协议芯片来通讯进行握手匹配,然后再提高改变 V+(输出电压),使充电功率增加,充电就更快。
USB-PowerDelivery (USB PD 看似只是电源传输与管理的协议,实际上它可改变端口角色,可与有源电缆通讯,允许成为受电设备等诸多高级功能,就是手机给另外一部手机的反向充电,这个知道就可以了。USB PD 协议是通过 type C 口独有的 CC 引脚来进行通讯,同时 type C 口也是有 D+,D-,这点就不说了。
QC3.0/2.0 和 USB PD 的通讯引脚不一样,所以我们在做 PD 充电器/充电宝和车充时,可以做到既能支持 QC 和 PD 的快充产品出来。如这款 PD 快充协议芯片:FP6606C(规格书下载:http://www.szparkson.net)
USB PD 快速充电通信原理:(知道下就可以了)
USBPD 的通信是将协议层的消息调制成 24MHZ 的 FSK 信号并耦合到 VBUS 上或者从 VBUS 上获得 FSK 信号来实现手机和充电器通信的过程。如图所示,在 USB PD 通信中,是将 24MHz 的 FSK 通过 cAC-Coupling 耦合电容耦合到 VBUS 上的直流电平上的,而为了使 24MHz 的 FSK 不对 PowerSupply 或者 USBHost 的 VBUS 直流电压产生影响,在回路中同时添加了 zIsolation 电感组成的低通滤波器过滤掉 FSK 信号。
US BPD 的原理,以手机和充电器都支持 USBPD 为例讲解如下:
1)USBOTG 的 PHY 监控 VBUS 电压,如果有 VBUS 的 5V 电压存在并且检测到 OTGID 脚是 1K 下拉电阻(不是 OTGHost 模式,OTGHost 模式的 ID 电阻是小于 1K 的),就说明该电缆是支持 USBPD 的;
2)USBOTG 做正常 BCSV1.2 规范的充电器探测并且启动 USBPD 设备策略管理器,策略管理器监控 VBUS 的直流电平上是否耦合了 FSK 信号,并且解码消息得出是 CapabilitiesSource 消息,就根据 USBPD 规范解析该消息得出 USBPD 充电器所支持的所有电压和电流列表对;
3)手机根据用户的配置从 CapabilitiesSource 消息中选择一个电压和电流对,并将电压和电流对加在 Request 消息的 payload 上,然后策略管理器将 FSK 信号耦合到 VBUS 直流电平上;
4)充电器解码 FSK 信号并发出 Accept 消息给手机,同时调整 PowerSupply 的直流电压和电流输出;
5)手机收到 Accept 消息,调整 ChargerIC 的充电电压和电流;
6)手机在充电过程中可以动态发送 Request 消息来请求充电器改变输出电压和电流,从而实现快速充电的过程。
作者:深圳百盛
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来源:简书
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特点
- 外形纤薄,可翻转拔插方向:正反随便插
- USB Power Delivery 提供 100W 电力
- 支持更多协议 Display Port,HDMI,VGA,Ethernet
- USB3.1 Gen2 10Gbps
引脚功能
USB2.0 规范的电缆长度小于 4 米,USB3.2 Gen1 的长度小于 2 米,USB3.2Gen2 的电缆长度小于 1 米。SDP 屏蔽差分线的阻抗控制在 90Ω±5Ω,单端同轴线控制在 45Ω±3Ω。阻抗应该用 200 ps(10%-90%)的上升时间来评估。电源 VBUS 和 GND,电源的压降要小于 500mV,Gnd 上面的压降要小于 250mV
- 插座多出 CC1 和 CC2 管脚,插头只多出 CC 管脚来建立信号定位,另一个多出的管脚用作 VCONN,为电子元器件供电,
- 另外 USB2.0 D+/D-线只会实现一组
- VBUS 电源,支持 5V 到 20V,通过 CC 来进行协商
- SBU 管脚,audio 模式,display 模式通过这个脚传送,用于 USB 拓展功能。
CC(Configuration Channel)
配置通道,这是 USB Type-C 里新增的关键通道。它的作用有检测正反插,检测 USB 连接识别可以提供多大的电压和电流,USB 设备间数据与 VBUS 的连接建立与管理等。插座多出 CC1 和 CC2 管脚,插头只多出一个 CC 管脚。
- 检测 USB 设备是否接入;
- 检测 USB 插入方向,并以此建立 USB 数据通道的路由;
- 插入后帮助建立 USB 设备角色(谁为 HOST,谁为 Device);
- 发现并配置 VUBS,配置 USB PD 供电模式;
- 配置 Vconn;
- 发现和配置可选的备用和辅助模式;
VCONN(只有在插头上才会有该信号),当线缆里有芯片的时候,用来给线缆里的芯片供电(3.3V 或 5V)
配置处理
DFP(Downstream Facing Port):
下行端口,可以理解为 Host,DFP 提供 VBUS,可以提供数据。在协议规范中 DFP 特指数据的下行传输,笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。典型的 DFP 设备是电源适配器。
UFP(Upstream Facing Port):
上行端口,可以理解为 Device,UFP 从 VBUS 中取电,并可提供数据。典型设备是 U 盘,移动硬盘。
DRP(Dual Role Port):
双角色端口,DRP 既可以做 DFP(Host),也可以做 UFP(Device),也可以在 DFP 与 UFP 间动态切换。典型的 DRP 设备是笔记本电脑。
Source 端 CC 脚有一个上拉电阻 Rp,Sink 端有一个下拉电阻 Rd,通过的阻值来控制供电能力,需要 USB PD 电力传输时,使用 Bi-phase Mark Coded(BMC)编码协议,通过 CC 管脚进行通信。在连接时,Source 检测到 CC 管脚都为高电平,Sink 端检测到 CC 管脚都未低电平。连接后,形成分压,电平为中间值。
Rp 的阻值与对应的供电能力,
Rd 的阻值是 5.1K,精度为 10%,否则不能发现电源的供电能力,
原文始发于:USB Type-C 和 USB PD
总结
随着 USB PD 快充及高通 QC4+快充的普及,目前市面上已有多款设备支持了 USB PD 快充,甚至不少手机已经率先支持了 USB PD3.0(PPS)协议,用户群数量也在不断增加,整个 USB PD 快充生态已经具备一定规模,市场前景一片火热。
从数据中也可以看到,仅 2018 年上半年以来就已有 10 款芯片取得协会的 USB PD3.0(PPS)认证(认证中、开发中的不计),可见各原厂对市场风向的把控是非常精准的;同时随着这些认证芯片的投产及应用,相信过不了多长时间 ,市面的上的充电器、车充、移动电源将迎来一轮的大规模更新换代。
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