從USBPD帶你走進(jìn)手機(jī)快充協(xié)議

消費(fèi)電子進(jìn)入快速充電時(shí)代，那么，在快充過(guò)程中，電源適配器與手機(jī)端是如何通信的呢？今天就帶您從協(xié)議層面認(rèn)識(shí)快充，領(lǐng)略快充協(xié)議的奧秘！

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(guò)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(wú)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(lái)。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(guò)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。

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(xiàn)纜

USBPD通信通過(guò)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(guò)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(kāi)始在CC線(xiàn)（type-c接口通信配置通道）上進(jìn)行，以此來(lái)選擇電源傳輸?shù)囊?guī)格，此部分由SINK端向SOURCE端詢(xún)問(wèn)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(guò)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(shuō)明該電纜支持USBPD通信，此時(shí)通信過(guò)程開(kāi)始。

圖3 PD通信波形電平變化

• 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；

• 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)；

• 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；

• 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(xiàn)纜上由5V抬升到9V；

• 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(xiàn)纜到達(dá)9V并達(dá)到穩(wěn)定進(jìn)行充電。

手機(jī)在充電過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)發(fā)送消息來(lái)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(guò)程。

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(guò)CC腳進(jìn)行通信，如圖所示。

圖4 BMC通信線(xiàn)纜

BMC碼是一種單線(xiàn)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(mǎn)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(guò)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(guò)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。

免責(zé)聲明：本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布，版權(quán)歸原作者所有，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本平臺(tái)立場(chǎng)，如有問(wèn)題，請(qǐng)聯(lián)系我們，謝謝！