現(xiàn)在的便攜式消費電子產(chǎn)品開始采用容量較大的電池，以滿足更大屏幕以及更多無線功能(如WiFi,、3G,、和LTE)所帶來的額外的功率需求。此外,，快速充電對用戶來說,，也一直是一個很重要的目標,。目前采用USB" title="USB">USB接口進行充電已非常普遍，而要進一步提升USB接口的充電效率,，以實現(xiàn)更快速的充電,，必須有一個能增加PC或集線器(Hub)上USB端口可用電流的解決方案。
本文中將針對推動通用充電解決方案的實現(xiàn)的各個因素進行探討,，該方案圍繞USB接口,，并符合USB應用者論壇(USB-IF)制定的相關(guān)規(guī)范,。
USB電池充電
USB-IF是一個非盈利組織,，在半導體行業(yè)眾多主要廠商(比如SMSC)的協(xié)助之下，致力于倡導和支持各種USB產(chǎn)品的開發(fā),。該組織已經(jīng)制定了一套USB充電規(guī)范,，最新版本被稱為“USB-IF 電池充電" title="電池充電">電池充電規(guī)范 1.1(BC 1.1)”，并且很快將發(fā)表BC 1.2,，以作為充電器標準化的基礎(chǔ),。這項標準化工作旨在促成業(yè)內(nèi)各廠商相互協(xié)作，共同實現(xiàn)一個USB充電器檢測生態(tài)系統(tǒng),，從而為消費者提供更便利的USB充電體驗,。隨著該規(guī)范的就緒，每種類型充電器的可用電流限額(available current allowance)已定義完成,，可以依此來進行設計,。例如，在BC 1.1發(fā)表之前,，任何一個USB端口的最大可用電流被限制為僅有500 mA?，F(xiàn)在，BC 1.1定義的USB端口最高可提供1500mA,，是先前USB端口定義的三倍,，這對終端用戶來說，就意味著能通過USB線纜獲得更快速的充電體驗,。
一直以來,，USB端口充電只有一種標準定義。而未來,，以BC 1.1定義為基礎(chǔ),，將總共有三種定義好的USB端口配置可供設備使用，它們分別是,；標準下行端口(Standard Downstream Port,，SDP)、充電下行端口(Charging Downstream Port,，CDP),，以及專用充電端口(Dedicated Charging Port,，DCP)。每種端口都能支持多個充電電流與復雜的USB充電器檢測協(xié)議,。下面我們將探討每種USB充電端口間的差異,，以進一步了解它們的功能和使用情況。
便攜式設備" title="便攜式設備">便攜式設備市場發(fā)展" src="http://files.chinaaet.com/images/20110301/df016585-58d9-4e17-8f44-196a8214a636.jpg" />
首先,，讓我們先 說明“主機(host)”和“設備(device)”的定義,。主機USB端口定義為USB線纜的上行端(upstream)或“A”接頭(即PC端)。而設備USB端口定義為USB線纜的下行端(downstream)或“B”接頭(即移動產(chǎn)品端),?！?/p>
標準下行端口(SDP)在形式上即為傳統(tǒng)USB端口，通常是PC或USB集線器(hub)上的USB主機端口,。當主機和設備之間建立了USB枚舉(enumerated )狀態(tài)時,，SDP僅能提供最高為500mA的電流。現(xiàn)在,，BC 1.1規(guī)范可針對因無電或低電量而無法進入枚舉狀態(tài)的設備,，提供更快的喚醒狀態(tài)支持。在該USB規(guī)范中,，這項條款被稱為“無電電池條款”,，它能讓主機端口提供100mA的電流源給設備，直到設備電池充電至足以啟動SoC的電量,，并使USB收發(fā)器進入USB枚舉狀態(tài),，以獲得500mA的電流。在現(xiàn)今這個快節(jié)奏的環(huán)境中,，快速充電對用戶來說越來越重要,。因此，從USB主機端口獲得更多電流勢在必行,，這就催生了充電下行端口(CDP)定義,。
與SDP相同，充電下行端口(CDP)亦即PC或USB集線端口,。CDP擁有SDP的全部功能,，但其支持的電流范圍更大，最高達1500mA,。通過BC 1.1規(guī)范中所定義的D+和D- USB引腳上的握手(handshake),，CDP可提供這種額外的充電電流。在低電壓握手完成之后,，便攜式設備便能從主機端口獲得完整的1500mA電流,。最后一個主要的USB端口配置被稱為專用充電端口(DCP)。
專用充電端口(DCP)一般是壁式AC電源適配器(wall AC adaptor),，它只是一個通過USB接頭輸出功率的下行端口,，不具備枚舉功能,。未來，DCP提供的可用電流將會增加到1500mA,。DCP需要將D+和D-線短接一個電阻(RDCH_DAT),，這在BC規(guī)范中已有定義?！ ?/p>
下表中說明了USB-IF電池充電1.1規(guī)范所定義的不同USB充電端口,，及其可用電流在增強終端用戶的USB充電體驗方面的優(yōu)勢?！?/p>
因此,，若沒有建立BC 1.1生態(tài)系統(tǒng)，終端用戶就只能從PC或集線器USB端口獲得最高500mA的電流?，F(xiàn)在各類USB充電端口間的差異都已經(jīng)清楚定義,，讓我們再進一步討論USB接口的充電要求背后的推動因素,。
目前市場上便攜式設備的充電要求
目前市場上有多種不同類型的便攜式產(chǎn)品,，都需要通過USB連接來進行充電。所有這些設備的電池容量大小以及電源消耗速度都各不相同,，故必需有各自的充電電流規(guī)格與充電時間要求,。例如，現(xiàn)在市面上一部配備1540mAH鋰離子電池的
智能手機,，其工作狀態(tài)下的功耗約為每小時190mA,，也就是大概有8小時的工作時間。根據(jù)這樣的功耗與電池容量,，在使用一天之后勢必需要對電池進行快速充電,。同樣地，若有一臺內(nèi)置約6600mAH容量電池的平板計算機,，一次充電大概只能支持約10~12小時的工作時間,。這就帶來了一個明顯的問題，即要對這些容量較大的電池進行充電,，須花費多長時間,。
充電時間與許多因素有關(guān)，包括電池化學類型,、效率損失,、充電曲線、放電狀態(tài),、溫度,，以及先前我們所討論的，不同充電端口類型的可用充電電流,。對于BC 1.1定義的USB充電端口,，其可用電流最高可達傳統(tǒng)USB端口的三倍,，從而能縮短便攜式設備的電池充電時間。
因此,，只要對充電電池供電設備的可用充電電流進行比較,，就會清楚了解到在USB產(chǎn)品應用中整合USB-IF電池充電解決方案的重要性。為了協(xié)助USB電池充電標準和計劃的實現(xiàn)與推廣,，現(xiàn)已有好幾個組織與規(guī)范開始著手行動,。
通用電池充電計劃與發(fā)展趨勢
為了使USB電池充電成為一項業(yè)界標準，歐洲的全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會(GSMA)發(fā)表了“通用充電解決方案 (UCS)”計劃,，其中闡述了如何通過該計劃來減少因移動設備充電器缺乏標準性所造成的廢棄物,，并為USB接頭定義一套標準充電解決方案。此外,，中國信息產(chǎn)業(yè)部(MII)也在2006年12月發(fā)表的“移動電信手持機充電器及接口技術(shù)要求和測試方法”(YD/T 1591-2006)中,，公布了原始的USB充電器接口標準。這兩份文件的議題焦點都都同樣是USB充電端口的標準化與廢棄物數(shù)量的減少,。為便于討論,，下面我們來看看GSMA最近提出的計劃以及對BC 1.1規(guī)范的重視。
GSMA聯(lián)合了移動產(chǎn)品領(lǐng)域的各大廠商,，代表著全球移動通信行業(yè)的共同利益,。在2010年3月，GSMA發(fā)表了一篇題為“通用充電解決方案白皮書 - 消費者意識計劃1.0”的白皮書,，文中強調(diào)了可通過增強消費者意識來推動UCS的發(fā)展,，以支持更環(huán)保的移動設備充電方式。雖然UCS知道,，傳統(tǒng)上消費者每次購買新的移動設備時,，都預期會獲得一個新的充電器，但仍對未來規(guī)劃出一個新的愿景,，即希望有一個通過USB連接的通用充電器,，可在新舊行移動設備間進行重復使用。對終端消費者來說,，這種方案的好處不僅僅是再無需隨身攜帶多個充電器,，還在于能夠重復利用其現(xiàn)有的充電器為未來新買的移動設備充電。從環(huán)保的角度來看,，如此一來,，若以每年移動電話出貨量中有五成為換機的比例來計算，可減少數(shù)億個充電器,。假設平均每個充電器的重量為0.4磅(0.18公斤),，這些多余的充電器所造成的廢棄物重量就遠超過10萬噸。最重要的是，制造,、包裝,，以及運輸這些充電器的成本也能因此能顯著減少。
UCS還進一步在白皮書中 提出“共享電源”(CPS)概念,。下圖所示為以USB連接為基礎(chǔ)的充電解決方案,。
UCS計劃參照了USB-IF電池充電規(guī)范1.1，是全球USB充電器檢測協(xié)議與標準的一部分,。此外,，UCS還參考了USB-IF規(guī)范中所有其它重點，包括線纜,、接頭,，以及兼容性定義。通過引用與確認USB-IF規(guī)范,，GSMA為整個通用電池充電解決方案建立了一個堅實的基礎(chǔ),。除了引用USB充電標準之外，GSMA UCS計劃中的主要工作是要讓大眾了解通用用充電器所帶來的環(huán)保效益,。
USB電池充電的市場趨勢與未來發(fā)展
現(xiàn)今的便攜式消費電子市場仍在繼續(xù)演進中,，智能手機、平板計算機等等各種產(chǎn)品不斷推陳出新,。這些產(chǎn)品都有一個共通點,，就是要求更多的電能，并需要一個基于USB接頭的通用充電解決方案,。GSMA、MII和USB-IF,，已為USB通用充電解決方案奠定了良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在是便攜式消費電子設備制造商采用這一方案的時候了。如此一來,，制造商將不再需要為每個便攜式產(chǎn)品配備一個充電器,，同時終端用戶也能享有利用一條USB線纜或單個壁式適配器就能為所有標準產(chǎn)品充電的便利性了。
不管是USB主機端還是USB設備端,，SMSC都提供有支持USB電池充電規(guī)范的廣大范圍的產(chǎn)品,。SMSC的RapidCharge AnywhereTM生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)方案可讓傳統(tǒng)解決方案的USB端口支持更大范圍的可用充電電流，并使消費電子產(chǎn)品能夠支持USB-IF電池充電1.1規(guī)范,。利用SMSC發(fā)布的多款新產(chǎn)品,，包括設備端的USB333x/USB334x USB收發(fā)器系列產(chǎn)品，以及主機端的USB251xB集線器控制器系列產(chǎn)品,，終端用戶將能夠擁有一個電池充電檢測生態(tài)系統(tǒng),，并可通過標準USB連接獲得更高的可用充電電流，從而縮短充電時間,。