Micro USB故障引發(fā)的USB電源適配器學(xué)習(xí)

最無傷大雅的小故障有時(shí)也會(huì)發(fā)展為較大的工程師練習(xí)和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。有一天，我在后院的露天平臺(tái)上看書，書名是《冰與火之歌》系列中的第一冊(cè)《權(quán)力的游戲》。確切地說，我是在谷歌的Nexus 7(2013版)平板電腦上用Kindle應(yīng)用看這本書。刺眼的太陽光(很少見，至少這個(gè)夏天還很少見)照得我看不清LCD屏，因此我跑到室內(nèi)想拿Kindle Keyboard閱讀器出來看書。但我很受打擊，因?yàn)檫@個(gè)電子書閱讀器已經(jīng)完全沒電了。

閱讀器配套的USB轉(zhuǎn)Micro USB充電線深藏在我的公文包內(nèi)，因此我順手抓起了桌上放著的、最近才買的三星5英尺電纜。我把這根線的一頭連接閱讀器，另一頭插進(jìn)同樣就在手邊的蘋果10W USB電源適配器，結(jié)果……什么事也沒發(fā)生。

Kindle Keyboard閱讀器底部的橙色(表示充電，電充滿后變綠色)LED并沒有點(diǎn)亮，電子墨水屏也沒有任何指示。我又嘗試用另外兩個(gè)多端口USB充電器來給三星電纜加上Kindle Keyboard組合進(jìn)行充電，一個(gè)是提供1A和2A輸出選項(xiàng)的Orico DCT-5U，它提供OTG(便攜式)兼容端口對(duì)：

另一個(gè)是Sabrent AX-U5PB，通常它的5個(gè)USB端口每個(gè)都能提供2A電流。

這兩款充電器的端口都不起作用，這不禁讓我懷疑手邊的電纜有問題。然而我有種預(yù)感，我把三星電纜連到我的兩個(gè)安卓智能手機(jī)上，一個(gè)是HTC One M7，另一個(gè)是摩托羅拉的第一代Moto X……它們都愉快地報(bào)告正在很好地充電，不管是用三個(gè)電源適配器中的哪個(gè)，也不管選用多端口中的哪個(gè)電流輸出選項(xiàng)，都能正常充電。

難道我的Kindle Keyboard壞了？也沒有，因?yàn)槲野言涞碾娎|從公文包中找出來給它充電是好好的。難道這根電纜有什么特殊之處？我同時(shí)購買的另外4條三星普通電纜都可以正常使用。這根特定的三星電纜對(duì)Kindle Keyboard來說可能存在某些缺陷。在我寫這篇文章之時(shí)A4C正在給這條電纜換貨，但我仍然非常好奇。

我所學(xué)的知識(shí)并沒有讓我得出任何明確的結(jié)論，但使我對(duì)USB電源適配器以及需要充電的設(shè)備的設(shè)計(jì)師肅然起敬。首先，作為提醒，USB硬件標(biāo)準(zhǔn)通常是帶屏蔽的四線配置：一對(duì)雙絞線用于半雙工差分?jǐn)?shù)據(jù)(USB 3.0另外增加了兩對(duì)雙絞線，用于支持全雙工和更高的速度)，一根5V電源線，一根地線。Micro USB連接器增加了第5個(gè)“ID”引腳用于支持OTG，該引腳在主機(jī)側(cè)接地，在設(shè)備側(cè)處于懸浮狀態(tài)。

我最初懷疑三星電纜中的5V線可能無法提供足夠的電流給Kindle Keyboard充電。事實(shí)上，所用的線纜直徑會(huì)顯著影響充電速度和數(shù)據(jù)傳輸帶寬；著名的消費(fèi)電子評(píng)論網(wǎng)站W(wǎng)irecutter專門根據(jù)這些特定的參數(shù)對(duì)各種線纜進(jìn)行了測(cè)試和分類。但鑒于我的兩部安卓智能手機(jī)都能使用這同一根電纜正常充電(沒有彈出充電緩慢的告警消息)，我懷疑5V線是罪魁禍?zhǔn)?。互?lián)網(wǎng)上涉及這個(gè)主題的參考意見提醒我注意電纜外殼的線徑標(biāo)志；但我的電纜上沒有線徑標(biāo)志，倒是在這根長5英尺的電纜上重復(fù)多次出現(xiàn)了以下的字母數(shù)字組合(???代表我不認(rèn)識(shí)的符號(hào))：

B239426-C5 ??? AWM 21100 80oC 30V VW-1 ...... C??? I/II A 80oC 30V FT1 HONGLIN NON-PVC

我從概念上早就知道，在第一次通過電纜連接時(shí)，充電器和設(shè)備會(huì)進(jìn)行一次初始協(xié)商過程，用來確定設(shè)備的最大可接受的電流消耗以及充電器最大可能的輸出電流。我認(rèn)為這個(gè)握手過程本質(zhì)上是模擬的(并且基于5V線)；設(shè)備會(huì)測(cè)量充電器是否能夠輸出設(shè)備“接收器”能夠接受的最大電流，如果不能，會(huì)根據(jù)“更低”的可用電流量作出評(píng)估和調(diào)整。

基于數(shù)據(jù)線的情況則更加復(fù)雜，這也解釋了為何我過去經(jīng)歷過其它一些充電器+電纜+設(shè)備組合無法成功實(shí)現(xiàn)充電的情形。我引用下述文字進(jìn)行說明：

設(shè)備制造商競爭激烈，目前還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)商過程——有點(diǎn)類似于講六國語言。

蘋果從iPhone開始——因?yàn)樽畛醯腢SB規(guī)范對(duì)高速電池充電沒有設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)，因此蘋果提出了自己的“電子簽名”方案。

如果一部iPhone或iPad遇到D+線是2.0VDC、D-線是2.7VDC的USB端口，那么它就會(huì)判定這個(gè)端口是可以提供1000mA電流的蘋果iPhone(DCP)充電器。如果電壓反過來(D+/D-線分別是2.7V/2.0V)，那么它一定是最大可提供2000mA的iPad充電器。

但事情至此還沒有結(jié)束。雖然USB論壇發(fā)布了一個(gè)通用的“簽名”標(biāo)準(zhǔn)，但其它制造商提出了他們自己的簽名方案，因此目前市場(chǎng)上至少有6種D+/D-簽名方案：

·2.0V/2.0V – 低功耗(500mA)

·2.0V/2.7V – Apple iPhone (1000mA/5watt)

·2.7V/2.0V – Apple iPad (2100mA/10watt)

·2.7V/2.7V – 12watt (2400mA, 可能是黑莓在使用)

·D+/D- 短路在一起 – USB-IF BC 1.2 標(biāo)準(zhǔn)

·1.2V/1.2V – 三星設(shè)備

目前，前面4種基于電阻的電壓檢測(cè)方案被認(rèn)為是“傳統(tǒng)”模式，而我們相信所有新設(shè)備會(huì)使用基于芯片的檢測(cè)方法。

然而，由于市場(chǎng)上有成千上萬的“傳統(tǒng)”設(shè)備(以及更多的交流適配器)，這些方案仍必須認(rèn)真應(yīng)對(duì)。像TI公司的TSP2514 和TSP2543、Microchip公司的USB2534以及意法半導(dǎo)體公司的STCC5011都可以處理這些多種多樣的簽名組合。

因此如果我必須要賭一把的話，應(yīng)該是兩根數(shù)據(jù)線中的一根有問題，要么就是電阻高了(為電纜的5英尺長度所累)，要么完全開路，或者跟另一個(gè)短路了。安卓的智能手機(jī)能夠輕松處理這種被改變的線纜情形，但Kindle Keyboard看不到要找的東西，因此完全放棄了充電企圖。我猜想如果我用這根不好的電纜在安卓手機(jī)間傳送數(shù)據(jù)，而不是給它們充電，其結(jié)果也不會(huì)好到那兒去。