一、快充協(xié)議簡(jiǎn)介
快充,,顧名思義就是給手機(jī)快速充電,,通過軟/硬件技術(shù)手段,調(diào)整手機(jī)的電壓與電流的輸入值,,進(jìn)而縮短手機(jī)的充電時(shí)間,打破以往傳統(tǒng)的5V/1A模式。提升充電速度的方式無非三種:電流不變,,提升電壓;電壓不變,提高電流;電壓,、電流兩者都提高,。
隨著市場(chǎng)的需求擴(kuò)張,目前市面上高電壓恒定電流,、低電壓高電流,、高電壓高電流三種模式都已經(jīng)出現(xiàn)并完善起來。對(duì)于這三種模式,,每個(gè)廠商都有不同的選擇,,因此衍生出了多種快充協(xié)議。目前較為主流的有PD快充,,高通的QC2.0/3.0,,聯(lián)發(fā)科的PE協(xié)議,,oppo、vivo的閃充,、華為的SCP等,。為規(guī)范快充標(biāo)準(zhǔn),USB-IF(USB標(biāo)準(zhǔn)化組織)發(fā)布了USB PD 3.0的重要更新,,旨在一統(tǒng)快速充電技術(shù)規(guī)范方案,,并且不允許USB接口通過非USB PD協(xié)議進(jìn)行電壓調(diào)整,而谷歌也宣布Android7.0以上的手機(jī)搭載的快充協(xié)議必須支持PD協(xié)議,,更是加快了PD一統(tǒng)快充協(xié)議江湖,。下面我們就以USB-PD為例,帶你全面認(rèn)識(shí)手機(jī)快充,。
二,、USBPD充電原理
USB-PowerDelivery(USBPD)是由USB-IF組織制定的目前主流的快充協(xié)議之一,它可以使目前默認(rèn)最大功率5V/2A的type-c接口提高到100W功率,。并且可以進(jìn)行雙向甚至組網(wǎng)的電能傳輸,,具備系統(tǒng)級(jí)供電方案。
圖 1 USBPD通信線纜
USBPD通信通過VBUS上交流耦合的FSK信號(hào)的調(diào)制(24MHz)進(jìn)行半雙工通信,從而實(shí)現(xiàn)手機(jī)和充電器的充電過程,。
SOURCE端和SINK端分別代表適配器端和手機(jī)內(nèi)部芯片SINK控制器,從USB通信傳輸角度可以理解為USBHOST(主設(shè)備)和USBOTG(做從設(shè)備),。
當(dāng)電纜接通之后,PD協(xié)議的SOP通信就開始在CC線(type-c接口通信配置通道)上進(jìn)行,,以此來選擇電源傳輸?shù)囊?guī)格,,此部分由SINK端向SOURCE端詢問能夠提供的電源配置參數(shù)(5V/9V/12V/15V/20V)。
圖 2 包含USBPD協(xié)議的Type-c系統(tǒng)充電原理框圖
以手機(jī)端和適配器的9V充電為例,,整體過程如下:
USB OTG端(從設(shè)備:適配器端)監(jiān)控VBUS上電壓狀態(tài),,如果有VBUS的5V電壓存在并且檢測(cè)到OTG的ID腳是1K下拉電阻則說明該電纜支持USBPD通信,此時(shí)通信過程開始,。
圖 3 PD通信波形電平變化
1. SINK端發(fā)起SOP(起始段),,啟動(dòng)SOURSE端USBPD設(shè)備管理器,申請(qǐng)獲取SOURSE端能提供的規(guī)格資料;
2. SOURCE端回復(fù)能提供的規(guī)格列表,,即根據(jù)USBPD規(guī)范解析該消息得出適配器所支持的所有電壓和電流列表對(duì);
3. SINK端回復(fù)選擇的電壓規(guī)格,,即選擇一個(gè)電壓和電流對(duì),并帶上所需要的電流參數(shù),,發(fā)出相應(yīng)的請(qǐng)求;
4. SOURSE端適配器內(nèi)部解碼轉(zhuǎn)換后接受請(qǐng)求,,調(diào)整適配器輸出,把VBUS線纜上由5V抬升到9V;
5. 手機(jī)收到消息后,,SINK端會(huì)調(diào)整充電電壓和電流,,待SOURSE端的VBUS線纜到達(dá)9V并達(dá)到穩(wěn)定進(jìn)行充電;
手機(jī)在充電過程中可以動(dòng)態(tài)發(fā)送消息來請(qǐng)求充電器改變輸出電壓和電流,從而實(shí)現(xiàn)快速充電的過程,。
三,、USB PD協(xié)議解析規(guī)劃
PD協(xié)議的通信編碼為Bi-phase Mark Coded (BMC),,通過CC腳進(jìn)行通信,如圖所示,。
圖 4 BMC通信線纜
BMC碼是一種單線通信編碼,,數(shù)據(jù)1的傳輸,需要有一次高/低電平之間的切換過程,,而0的傳輸則是固定的高電平或者低電平,。每一個(gè)數(shù)據(jù)包都包含有0/1交替的前置碼,所有的PD傳輸流程,,都是以SOP Packet開始,,起始碼(SOP),報(bào)文頭,,數(shù)據(jù)位,,CRC以及結(jié)束碼(EOP)。
圖 5 PD傳輸數(shù)據(jù)
BMC編碼的通信,,從數(shù)據(jù)流的測(cè)試節(jié)點(diǎn)開始,,可以使用分析儀進(jìn)行分析,也可以用帶有協(xié)議解碼功能的示波器進(jìn)行直接解碼,,抓取每個(gè)數(shù)據(jù)包,并且獲得數(shù)據(jù)包的報(bào)文參數(shù),。
圖 6 協(xié)議規(guī)劃
如圖所示即為使用示波器在測(cè)試節(jié)點(diǎn)所獲取的CC腳上PD通信波形,。由此可看出,BPD協(xié)議的位數(shù)較多,,解碼較為復(fù)雜,,而通過示波器的協(xié)議解碼功能,可將完整報(bào)文在短時(shí)間內(nèi)迅速解出,,大大提升了工程師的工作效率以及直觀的體驗(yàn),。
圖 7 ZDS示波器 USBPD解碼
圖 8 PD協(xié)議控制下的電壓抬升過程
圖 9用雙ZOOM模式分析PD各段解碼協(xié)議
目前ZDS系列示波器不僅能夠支持USBPD的協(xié)議解碼,并且也支持QC2.0/3.0協(xié)議的解碼,,可以滿足目前主流快充協(xié)議的解碼需求,,并且在其高達(dá)512M的大存儲(chǔ)機(jī)制下,可支持超長(zhǎng)時(shí)間的解碼還原真實(shí)波形,,完整監(jiān)控通信過程;且具有雙ZOOM分析功能,,可用主時(shí)基捕獲需要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的波形,通過Zoom1定位一段時(shí)間的特征值,,再由Zoom2放大波形細(xì)節(jié),,觀測(cè)瞬時(shí)信號(hào)變化,大大提升了工程師的測(cè)試便捷性,。