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usb pd快充协议详解

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    开心
    2021-2-4 15:37
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2021-1-15 23:41 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    x
    USB PD快充协议详解, w3 F. \, O$ l0 K" d9 W7 j
    1、原理
    ( P- t, j$ v1 a" l8 I1.1 USB OTG充电原理:5 i$ O7 u/ I, O4 i
    (1)USB OTG的PHY监控VBUS电压,如果有VBUS的5V电压存在,并且检测到OTG ID脚是1K欧的下拉电阻(不是 OTG HOST模式 ,其ID电阻小于1K)就说明该电缆支持USB PD;3 f- ^/ @3 `; s+ r5 ~
    (2)USB OTG做正常的BCS V1.2规范的充电器探测,并且启动USB PD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FSK信号,并且解码消息得出是Capabilities Source消息,就根据USB PD规范解析该消息USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对;
    - I3 B; `. ?/ u" P9 a(3)手机根据用户的配置,从Capabilities Source消息中选择一个电压和电流对,并将电压和电流加在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;
    ; G  s  n8 y4 n9 \(4)充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机,同时调整Power Supply直流电压和直流电流的输出;5 O4 P8 t7 Y9 C  Z  O
    (5)手机接收到Accept消息,调整Charge IC的充电电压和电流;' j# R0 h& ~% d- p+ G. v, ]
    (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。6 d: G1 t3 |/ g4 a6 H2 e
    0 M5 b5 }7 }, {6 U
    1.2 USB PD2.0 和Type-C接口的充电原理:
    7 C$ @1 {& @( d! C(1)适配器在连接建立后,会通过D+、D-线进行广播,告诉连接建立的另一方,适配器能够提供多少种电压以及对应的电压;2 Q5 j; a8 D- u5 r# A3 S
    (2)用电器在获悉适配器的供电能力后,从中选择一个最适合自己的供电方式,并向适配器发送请求数据包;2 W5 c6 g$ X1 ]6 J. N
    (3)适配器根据用电器的选择,评估自身的供电能力后,发送“接收”命令;
    + G  v: k4 Q! g! A: {; P(4)适配器进行内部电压变换,并向用电器发送"电源准备好"数据包;" Z/ w- n8 S1 x: u( {& q, L
    (5)适配器向VBUS施加协商后新的供电电压。
    : m2 x# p# V7 _+ O4 m+ ^$ ~! M4 Z/ l" M3 j/ T" h3 Q+ g7 W; e+ T
    1.3 USB PD3.0与USB PD2.0的区别
    , k0 @+ V4 K+ W( NPD3.0相对于PD2.0的变化主要是三方面:
    # {5 M( Z9 I0 d$ r, _7 g, g(1)增加了对设备内置电池特性更为详细的描述。3 |, W" U" {" X0 Z1 H# ]
    (2)增加了通过PD通信进行设备软硬件版本识别和软件更新的功能。$ {: a5 U# Z# L; K% f) [& S
    (3)增加了数字证书及数字签名功能。3 H" C9 e2 o- O2 R. I9 i! \
    ! E% }5 f2 \+ ]8 o
    2 通信协议
    1 Q+ T% L: H* C  j0 ]2.1 物理层
    + q2 y1 o3 X+ X* j- H% ^物理层由一对收发器和接收器组成,通过单个信号线进行半双工通信。+ Z3 P! g3 k- |  b% R
    主要作用:
    3 K: q- k; w) l4 C+ k- k  N, R0 K: K; M7 d1 ~1 E6 [
    发送数据包:
    0 K/ Y2 ^$ {9 d/ L' u
    " I1 {: F( G) `9 i接收来自协议层的数据包( |5 H6 k( H; q, w
    进行CRC校验3 D% D# g0 A/ F; H
    将CRC校验结果编码到数据包上, l- G+ e- J2 ]
    将校验后的数据包通过信号线传送出去
    ) E) m0 _5 P1 r, N接收数据包:
    % d( }" V. Z9 V. @" U0 I- o1 c' s7 e
    恢复时钟,并锁定到数据包的前导码上+ `# m4 S) m8 X* ]0 L/ F: H
    检测SOP; _; `0 P2 E, L- E
    解码接收到的数据,包括CRC+ Y. U: C* }" C7 u1 W1 G0 k! z. m
    判断接收到的数据是否是有效数据3 V8 |; V; e, b6 [
    数据包格式:8 z! P; x1 E* Q) o. i
    2 c: [3 Q. S  Z' }
    Preamble:! m+ w* Y3 W, p4 J7 T3 @, q
    $ f+ ~, U" e/ Z5 G% u
    The Preamble is used to achieve lock in the receiver by presenting an alternating series of “0s” and “1s”, so the average frequency is the carrier frequency. Unlike the rest of the packet, the Preamble Shall Not be 4b/5b encoded. The Preamble Shall consist of a 64-bit sequence of alternating 0s and 1s. The Preamble Shall start with a 0 and Shall end with a 1.( s: [% P  O, X# Q$ G

    0 s" V5 M9 R8 ?7 k" ySOP(Start Of Packet):
    ) Y2 C( r+ F3 A/ R! p( n: C, A+ h. |CRC:
    6 b- ~) O( x4 L7 l( X' [0 qEOP(End of Packet)( v- A  N6 c- H$ v$ J1 N7 u

    6 N, Z, W0 f3 D2.2 协议层
    $ ~0 U1 K3 a& l& P6 D, v————————————————$ ?8 P0 H6 ~$ U: l' K  O4 q2 B
    版权声明:本文为CSDN博主「moge19」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。; r+ I9 ~, m- G$ M3 P
    原文链接:https://blog.csdn.net/moge19/java/article/details/90601048
    ( b/ {5 {# s7 Y* q$ ~, d0 |' W
    : t3 e$ M6 x  A, Q; R* _
    ( a: W; O& `- y- s7 _USB PD v1.0快速充电通信原理8 `$ r' l& v2 c, k; i
    5 n* i* j* e" |
    George-seu 2020-04-05 09:29:38  8790  收藏 39 y8 {, C& g1 Z: w8 F- E
    分类专栏: PMIC-Chgr# k: T4 W* w- A# P! o, l
    版权1 E* V3 c+ I. U4 G, q7 z% {
    1原理' |; e3 J# h) U: l3 W8 f2 M) a
    本篇文章讲的快速充电是指USB论坛所发布的USB Power Delivery快速充电规范(通过VBUS直流电平上耦合FSK信号来请求充电器调整输出电压和电流的过程),不同于本人发布的另一篇文章所讲的高通Quick Charger 2.0规范,因为高通QC2.0是利用D+和D-上的不同的直流电压来请求充电器动态调整输出电压和电流实现快速充电的过程。
    ; V3 w3 U( d$ z9 u4 h) d0 ]4 a+ `. Y6 k) Y- w( z  p# u/ P
    7 G+ F# w: K& a% |1 x) q/ q# j% c

    , N$ K/ K, J5 @) }  `% sUSB PD v1.0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。
    3 g) n- U  P& T% y: W" P% P/ i: y5 L9 l3 }3 F6 A
    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Power Supply或者USB Host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。6 g% N7 m! L8 L6 v2 _. }# a

    ! B% x9 k/ K1 h 9 n5 t$ _; T) Y% r" U8 d
    9 w: r* m) ^" N/ B
    USB PD的原理,以手机和充电器都支持USB PD为例讲解如下:
    - i. Z7 ^9 d7 ^( D) j( ^3 C+ m8 a1) USB OTG的PHY监控VBUS电压,如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTG ID脚是1K下拉电阻(不是OTG Host模式,OTG Host模式的ID电阻是小于1K的),就说明该电缆是支持USB PD的;
      M, m1 `. T9 o- B) G6 P2) USB OTG做正常BC1.2规范的充电器探测并且启动USB PD 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USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对;
    5 I+ C! q0 V4 b4 D* S4 T9 t  y3) 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;
    & K. \) S% e! V$ S% i: z* D) R4) 充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机,同时调整Power Supply的直流电压和电流输出;
    1 l0 _; `: h# S5 E# S; C5) 手机收到Accept消息,调整Charger IC的充电电压和电流;
    - d. D& a: r+ q4 d2 \$ ]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。
    ; m1 z# w9 `) j6 d2 k8 q' f4 O. w9 f0 O
    目前2014年有好几家芯片厂商做出了USB PD v1.0芯片,下举例:
    , g, c* \# O8 \. {9 YuPD720250 瑞萨
    8 ~9 f7 ~/ j4 [$ A4 WUPD100X microchip/ p/ ?2 C/ k1 H/ y4 C

      T3 R& _1 q  z$ p& s2 Abbreviations
    7 P- ~( ^# h7 [' P* Y; Q2 |$ a- Y9 QARC:Argonant RISC Core5 u; |+ k1 ]1 s
    AT91SAM9260:SAM means Smart ARM-based Microcontroller
    - ]4 z) w( `4 x( ], M* G4 wATMEL SAMBA:ATMEL Smart ARM-based Microcontroller Boot Assistant/ [9 o+ G( G! b, E; Q% t
    CC2530:TI ChipCon2530
    " v6 O: @" Z9 I, _8 `' A6 {DWC2:Design Ware Controller 2,Apple的嵌入式设备,包括iPad和iPhone都是使用的DWC2
    " G8 F( U# G$ ?8 a2 V7 m1 ?8 K1 |ISP1161:Philips' Integrated host Solution Pairs 1161,“Firms introduce USB host controllers”,https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1290054' {6 v9 s) P. o. s
    Quirks:the attributes of a device that are considered to be noncompliant with expected operation
      ]  P1 ]3 Z1 q+ @- {) U, h$ o5 YSL811HS:Cypress/ScanLogic 811 Host/Slave,性能上与ISP1161(Integrated host Solution Pairs 1161)相当: }, Y1 v5 p: x+ Z7 K3 k2 _; o
    TDI:TransDimension Inc.,该公司首先发明了将TT集成到EHCI RootHub中的方法,这样对于嵌入式系统来说,就省去了OHCI/UHCI的硬件,同时降低了成本,作为对该公司的纪念,Linux内核定义了宏ehci_is_TDI(ehci);产品UHC124表示USB Host Controller;收购了ARC USB技术;现已被chipidea收购,chipidea又被mips收购
    : e1 r4 b  A* w& RTLV:TI Low Value,高性价比
    $ H: Z* C* n" d' M8 iTPS:TI PeRFormance Solution
    0 Q( @9 Z$ h6 {5 m- VTT:Transaction Translator(事务转换器,将USB2.0的包转换成USB1.1的包)
    4 ]; Y1 U3 o2 x8 w4 \————————————————: ?0 L# a; t( U7 w
    版权声明:本文为CSDN博主「George-seu」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
    * i3 y; g* a& _' c原文链接:https://blog.csdn.net/zoosenpin/java/article/details/29602073
    6 d$ b6 W8 Q! F! L
    8 `' q0 V/ R! A( t0 B) v9 @! O4 `7 e% c% ~' n3 N
    % ?+ O" _* i2 t5 }2 H: u2 e8 g: j

    0 ]7 @3 ]6 P/ t" E1 {) s- M+ E8 c; b' W: Y

    & N! E  i- b/ Q' i  I1 M一文看懂pd协议和qc协议的区别
    8 w7 \3 A5 p5 e3 [4 d$ U4 {  I$ i0 F9 H3 w( u8 r" p

    # c) a, y/ I' _: s( V2 {
    " M/ J; \- ?% |- L0 N跟我学英语关注2019-11-28 06:098 R& r/ _) T( R

    ' l: e" m& }- I0 G, ?! H
    ; K' o$ m9 }! Z如何满足她?用这招,每次都贼强,你也行!! s/ d) K5 U5 W' ^! p5 c

    6 Z$ o6 r* O1 o5 p9 [
    5 D7 R% h! q1 l; q+ a' Q+ `  s【不容错过】深圳户籍正式开放:7月起,50岁以下,社保满半年即可落户深圳
    1 w2 j+ s7 E2 K: F& e/ J  H4 n  H
    8 u- E0 K4 ~5 A. `
    ; c/ [9 s* g' E老中医说:饭后一件事,变成易瘦体质,想瘦多少瘦多少
    3 q+ n9 P, R: b$ m# D- P# pEEWorld
    # W  @. i! f/ w充电技术应考虑的问题3 j$ ]" j/ J* P
    第一:电池的接受能力# F% b" v# E/ Z; Y+ ^4 C
    充电这个事情,说的通俗一点,就是喂饱电池。那首先得考虑一下电池的感受。以目前市面上比较流行的手机,电池容量超过3000mAH的不多。
    6 ]# N; b4 ?: y* h, b) ?, H按照4.35V作为最高电压,1.5C充电来看,最大可能接受的充电功率约为20W,当然,这是极限情况。除了功率接收能力,还要涉及到电流接受能力。
      Q1 t# X$ V* |: p在1.5C充电时,3000mAH的电池充电电流将达到4.5A,因此,电池触点和电芯内部的电流传输结构都要进行必要的优化。
    0 z2 [4 ~$ H9 o  O1 l0 b  U第二:适配器的功率提供能力
    , r; ~" S$ D) {/ V1 Y在不考虑接口承受能力的情况下,20W功率对适配器来说是轻而易举。但是传统的MicroUSB接口,在标准规范里面最大电流承载能力是2A,最高电压是5.25V。
    7 \' @5 L) e) [4 J& s# B& i$ v$ r4 }仅仅有10.5W,无法达到20W的要求。怎么解决这个问题呢?显然有两种解决方案,增大电流,或者提升电压。如果不改动物理接口,增大电流是不可能的选项,所以,提升电压,是MicroUSB时代的唯一选项,这就是高通QC快速充电方法的由来。
    / w4 T% P. U$ l$ C( E: J  _/ k所以,我们可以看到,1.5A是QC标准比较推荐的电流,因为2A是MicroUSB的极限,业界的普遍共识是,不要把器件用到极限值,而是要预留余量。
    . K. G3 E# f3 d0 K在这方面,OPPO与高通走了相反的道路,他们给MicroUSB在物理上打了补丁,增加了额外的接触针,专门用来传输大电流。
    6 Y( ]- M6 `: |) ]1 f# H最大充电电流达到了4.5A,但是电压维持在5V不变。同样达到了超过20W的功率传输。而Type-C接口的出现,让这个问题不再存在,因为TYPE-C口最高支持5A输入电流,完全能够满足现有手机电池的快速充电需求。
      ?5 k. G& C9 x3 k2 @% Y6 ]6 r' l第三:手机的充电管理及散热能力$ V, K9 O5 u  }+ V
    手机的充电管理及散热能力。充电管理,必然涉及到电压变换,恒流控制等环节,带来充电效率的下降和散热问题。
    1 D, k  t) c+ V/ z因此,理论上最佳的充电设计方案是,手机内部不做充电管理,完全交给外部适配器去控制。在这一点上,QC是比较吃亏的,因为高电压低电流输入,必然导致手机内部要进行能量转换,变为低电压和大电流。
    & s+ B: R$ y5 \; ~7 X这会带来手机散热上的大问题。所以,从技术的角度来看,QC的历史局限性,已经凸显。更为严重的问题是,TYPE-C接口和USBPD中都严禁采用除USBPD以外的方式来调整充电电压。
    % D. T5 F* T/ Z  u! a- g6 J高通为此做出了很大的努力去说服USB-IF组织,试图在TYPE-C接口中,让QC和PD同时存在。但是,很可惜,被无情的拒绝了,最新的TYPE-C1.2和USBPD3.0维持了关于这一特性的描述。/ b5 d  r  T/ i& x! V" M4 T
    因此,QC不论在技术上还是在理论上,都将面临着被淘汰的危险。当然,高通自身是很清楚这一趋势的。因此,已经在最新的处理器内核中,集成了USBPD的协商功能。
    " K* L5 f0 i5 t3 g9 N9 Q+ ^; I
    : i% a' f* R" [8 c/ hUSB-PD快速充电通信原理& U" x0 @& y- r/ m
    USB-PD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。
    0 M7 g4 N. h, C+ o8 c6 \; |) v& m) A) v
    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Power Supply或者USB Host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。
    % t0 h0 Z& d" n3 A& c3 jUSB PD的原理,以手机和充电器都支持USB PD为例讲解如下:
    ( f( a( j6 }2 b* C1) USB-OTG的PHY监控VBUS电压,如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTG ID脚是1K下拉电阻(不是OTG Host模式,OTG Host模式的ID电阻是小于1K的),就说明该电缆是支持USB PD的;! p+ T  b2 n0 Q
    2)USB-OTG做正常BCS V1.2规范的充电器探测并且启动USB PD 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USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对;0 L; Y5 `$ @+ N  D
    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;
    + Q+ K8 `, ?3 l  |4 h7 B4) 充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机,同时调整Power Supply的直流电压和电流输出;1 y& r- t1 ]' q( W- _
    5) 手机收到Accept消息,调整Charger IC的充电电压和电流;# N: {& {+ V3 a
    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。+ h; e( @3 Z% w7 Q$ G9 m" L# L
    QC3.0快充协议CX7916+ H% L, F  V5 C
    概述:
    ' |( R7 h9 E- n! b2 U( R6 \. X9 `CX7918/CX7916是一款USB移动设备充电接口控制芯片,特别的,它采用高通QuickCharge3.0A类/B类规范对HVDCP进行自适应充电。CX7918/CX7916根据移动设备发送的电压请求能够精确的调整HVDCP输出电压,从而节省最高75%的充电时间。  N  `5 f" h1 I' Y- r
    当移动设备插入USB端口后,CX7918/CX7916能够自动识别其类型并作出合理相应,从而使得移动设备总能从充电端口获得最大电流。
    6 @* h( \! w! M5 ^& j  UCX7918/CX7916支持AppleiPad,AppleiPhone,SamsungGalaxyNote,兼容BC1.2或YD/T1591标准的设备以及几乎所有的现代移动设备。
    , L* {$ a$ _+ m) _9 z' N  a3 x5 PCX7918/CX7916在启动输出电压调整之前会自动检测所连接的受电设备是否兼容QC2.0或者QC3.0协议规范,如果检测到受电设备不兼容QC2.0或者QC3.0协议,CX7918/CX7916则禁止输出电压调整,仅以5v电压输出以确保旧型USB受电设备能够安全工作。
    2 X' s, ?7 a7 _7 v% x- q特点:
    3 W! j4 T- a1 N/ D- D: n8 M支持QuickCharge3.0的A类和B类规范' ?$ h8 I: t: }- P# s6 u
    USB充电接口智能识别
    - ?7 z& L2 E* i' p5 N2 F1 {8 L) O" i% P. s' k& V
    pd协议和qc协议的区别
    3 E9 I* {3 t0 d6 I6 E4 }3 HUSB-PowerDelivery(USBPD)是在一条线缆中同时支持高达100W电力传输和数据通信的协议规范。
    " x$ T+ e: o, o) J8 B7 h( s( VUSBType-C则是一个全新的正反插USB连接器规范,能够支持USB3.1(Gen1和Gen2)、DisplayPort和USBPD等一系列新标准。! `% U5 D$ _; w' U5 c
    USBType-C端口默认最高可支持5V3A。如果在USBType-C端口中实现了USBPD,它就能支持USBPD规范中定义的100W功率(5V20A)。
    5 r5 E. T1 I9 e因此,拥有USBType-C端口并不意味着它支持USBPD。7 W1 g1 }" {6 f- j* e. b
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    该用户从未签到

    发表于 2021-1-17 22:53 | 显示全部楼层
    如何满足她?用这招,每次都贼强,你也行!
    你要從別的地方剪貼過來,好歹也編輯一下!5 M1 j8 c8 u8 X% i4 s1 ]# d! G

    $ [8 {* y6 D; |5 j" ^" t5 l, p6 |4 i) T) B* e  D- }( r1 h
  • TA的每日心情

    2021-3-2 15:06
  • 签到天数: 97 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2021-2-9 18:18 | 显示全部楼层
    谢谢分享学习一下

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