Техническая поддержка

Сервисная поддержка

События

Рекомендуемые продукты

USB-C Power Delivery - Что делает кабель USB-C быстрой зарядкой?

Авг 23, 2022
USB-C Power Delivery - Что делает кабель USB-C быстрой зарядкой?


До появления интерфейса Type-C USB-кабель мог обеспечивать мощность только 2,5 Вт, в то время как кабель USB Type-C позволял максимальную мощность до 5 В/3 А (15 Вт). Если используется протокол Power Deliver (PD), напряжение и ток могут быть увеличены до 20 В/5 А (100 Вт), что позволяет питать большие устройства через интерфейс USB, например, при зарядке ноутбука с большой батареей.

Но что делает кабель USB-C быстрой зарядкой?

Fпервый, Рассмотрим интерфейс USB-C и кабель USB-C

1. Определение функции PIN-кодаsUSB Type-C

Type-C — это разновидность интерфейса USB. Это единственный USB-разъем, который не заботится о передней панели сторона и обратносторонакогда он будет вставлен. Он поддерживает стандартную зарядку через USB, передачу данных, передачу видео, передачу звука, вывод на дисплей и другие функции.





Еще одно различие между USB Type-C и более старыми стандартами заключается в его двойной функции. Оба конца каждого кабеля USB Type-C зеркально отражены, что означает, что два подключенных устройства должны взаимодействовать друг с другом, чтобы определить, должны ли они существовать в качестве хоста или периферийного устройства. Связь ролей должна осуществляться отдельно для передачи данных и питания, и эта работа должна выполняться после подключения кабеля.

Порт узла, используемый для передачи данных, называется нисходящим портом (DFP), а периферийный порт — восходящим портом (UFP). С точки зрения источника питания, конец источника питания называется концом источника (Source), а конец потребляемой мощности называется концом приемника (Sink). Некоторые устройства могут иметь как функцию Dual Roles of Data (DRD) для данных, так и функцию Dual Roles of Power (DRP) для источника питания. КК проволокаопределяет роль источника питания во время соединения между двумя устройствами, обмениваясь данными через Type-C "Configuration Channel Pin CC"



2. Как подключается кабель USB-C — USB-C?

Схема подключения полнофункционального кабеля USB-C к USB-C Gen 2 выглядит следующим образом, предоставлена компанией P-Shine Electronic Tech Ltd.

Состояние (1) Неперевернутое прямое соединение



На изображении выше показано подключение, когда кабель находится в Неперевернутый. От гнезда слева до гнезда справа пара RX1 подключается к паре RX1, пара RX2 подключается к паре RX2; D+ подключен к D+, D- подключен к D-, SBU1 подключен к SBU2, а CC1 подключен к CC1. .

Иногда VCONN на обоих концах кабеля не нужно подключать (от B5 до B5). Когда электронная меткаМикросхема (E-mark) установлена на печатной плате разъема USB-C, B5 левого штекера и B5 правого штекера нуждатьсябыть связанными друг с другом

Государство (2) Fсоединение с губами



Когда вилка и розетка слева остаются прежними, а розетка справа тоже остается прежним, но штекер справа меняется с одной стороны на другую (USB-C поддерживает переднюю и заднюю вставку), разъем USB-C Перевернул

В этом случае от сокета слева к сокету справа пара RX1 подключается к паре TX2, пара RX2 подключается к паре TX1, D+ по-прежнему подключается к D+, D- по-прежнему подключается к D-, SBU1 подключается к SBU1, SBU2 подключается к SBU2, а CC1 подключается к CC2 через CC проволока. Теперь высокоскоростные данные передаются через RX1+/- и TX1+/- слева на TX2+/- и RX2+/- справа.

Левая и правая вилки мочьбыть перевернутым. Кажется, что всего существует четыре разных способа подключения, но на самом деле их всего два: прямой (переворачивание обоих концов одновременно приравнивается к прямому) и одностороннее переворачиваниеЭд.

Таким образом, в кабеле 3.1 кабеля USB-C на USB-C можно увидеть четыре пары высокоскоростных сигнальных пар, но одновременно работают только две пары, wЕсли односторонняя вилка перевернута, то две другие свободные сигнальные пары могут заменить исходную рабочую паруs. Кроме того, при изменении функций хоста и периферийных устройств для источника питания или передачи данных сигнальные пары постоянно переключаются.

В системе USB 3.1 пары данных RX/TX должны быть сконфигурированы для каждого возможного состояния соединения с помощью мультиплексора, чтобы можно было наладить правильную связь.На рисунке ниже показаны возможности маршрутизации пар данных между портами USB Type-C, ориентация вилки и разъема может быть известна путем измерения состояния CC1/CC2 на каждом терминале, затем логический контроллер CC может завершить настройку маршрутизации мультиплексора либо в мультиплексоре, либо в наборе микросхем USB.




3. USB-C Power Delivery - Что делает кабель USB-C быстрой зарядкой?

USB PD3.0 имеет отношение только к источнику питания кабеля, и не имеет никакого отношения к передаче данных. Традиционные зарядные кабели USB-A могут быть только двухпроводными, VBUS и Gound. Однако для кабеля USB-C/USB-C, соответствующего стандарту PD 3.0, требуется как минимум три провода: VBUS, Gound и CC (конфигурация канала).

В кабеле USB Type-C, который не используется aПротокол передачи мощности, метод передачи мощности от исходного конца к концу приемника показан на рисунке ниже



Исходный конец кабеля USB Type-C всегда содержит переключатель MOSFET для включения/выключения VBUS, он может иметь возможность определения тока VBUS, его основная функция заключается в обнаружении условий перегрузки по току,Разрядная цепь VBUS в нем начнет работать при возникновении перегрузки по току. Цепи обнаружения CC1 и CC2 существуют как на исходном, так и на стоковом концах.

Роль CC (Channel Configuration) проволоказаключается в настройке блока питания для двух подключенных устройств. Изначально на VBUS интерфейса USB Type-C отсутствует блок питания. Система должна определить роль устройства во время подключения кабеля.Устройство с напряжением линии ШК на подтянутой розетке будет определено как поставщик питания (источник), а устройство с пониженным напряжением будет определено как потребитель (приемник).



На рисунке выше показано, как определить рольsнапряжения питания и потребления, ориентации кабеля и возможности подачи тока. CC1 и CC2 на конце источника сильно притягиваются резистором Rp, а контролируемый CC1/CC2 всегда находится под высоким напряжением, когда ничего не подключено. После подключения мойки напряжение CC1 или CC2 снижается резистором Rd. Поскольку в кабеле есть только один провод CC, источник может определить, какой именно Боковая часть CC опускается вниз. Также контролируется напряжение CC1/CC2 в мойке, оnce a CC проволокаЕсли будет обнаружено, что он подтянут вверх, изменение уровня его напряжения позволит приемнику узнать о возможности подачи тока источником. Подтягивающий резистор Rp в схеме также может быть заменен на источник тока, который легко реализовать в интегральной схеме и может быть невосприимчив к ошибкам напряжения питания V+.

Определенное значение понижающего резистора Rd в приемнике составляет 5,1KΩ, так напряжение ВК проволокаопределяется величиной подтягивающего резистора Rp в источнике (или текущим значением текущего источника). Существует 3 уровня тока шины которые были определены. Самый низкий КК проволоканапряжение (около 0,41 В) соответствует стандартной спецификации питания USB (500 мА для USB 2.0 или 900 мА для USB 3.0), а более высокое CC проволоканапряжение (около 0,92 В) ) соответствует емкости тока 1,5 А. Если КК проволоканапряжение составляет около 1,68В, соответствующее Mвозможность подачи тока в аксиуме составляет 3 А. Соответствующие данные можно привести к следующему рисунку



На рисунке ниже показан случай измерения, в котором сторона источника питания (Source) подключен к стороне энергопотребления (Sчернила), используя обычный кабель USB-C — USB-C.

Первоначально CC1 и CC2 на гнезде источника поднимаются до высокого напряжения резистором Rp, а CC1 и CC2 на раковине опускаются до низкого напряжения с помощью понижающего резистора Rd.

После подключения кабеля CC1 или CC2 подтягивается до более высокого напряжения в зависимости от направления ввода кабеля. Кабель в этом случае не находится в перевернутом состоянии, подключены CC1 на исходном конце и CC1 на конце приемника,после того, как напряжение на CC1 будет зависеть от Rp и Rd, появится новое значение, это напряжение будет измеряться приемником и, таким образом, будет известно, какова способность источника к подаче тока.

В этом случае напряжение CC1 после подключения составляет около 1,65 В, а это значит, что источник может подавать максимальный ток 3 А.

После ККпроволокасоединение установлено, включится напряжение 5В на VBUS.

В системах без протокола подачи питания возможность подачи тока на шине определяется как Rp/Rd, но источник подает только 5 В



После внедрения протокола Power Delivery (PD) напряжение шины системы USB Type-C может быть увеличено максимум до 20 В, связь между источником и приемником в отношении напряжения и тока шины осуществляется путем передачи последовательных кодов BMC по проводу CC

Кадровая схема системы USB Type-C, включая протокол PD от источника сторона к раковине сторонапоказано на рисунке ниже



Как показано на рисунке выше, на стороне источника находится преобразователь напряжения, который управляется контроллером PD на стороне источника. Преобразователь напряжения может быть понижающим, повышающим, повышающим или обратному преобразователю в зависимости от условий входного напряжения и самых высоких требований к напряжению шины. Коммуникация по ПДн через КЦ проволокатакже находится под контролем контроллера ПД. Система USB PD также нуждается в переключателе для переключения питания Vconn на CC проволока.

Когда кабель будет подключен, СОП по протоколу ЧР начнет передаваться через КК проволокадля выбора спецификации передачи мощности,Приемник запросит параметры конфигурации питания (данные о напряжении и токе шины), которые может предоставить источник. Поскольку потребность в электроэнергии в 1999 годучернилаКонец часто родственный на устройство, подключенное к тонуть(например, зарядное устройство), встроенный системный контроллерчернилаСторона должна взаимодействовать с контроллером PD исходной стороны для определения соответствующих спецификаций.

На рисунке ниже показан пример опускающегося контроллера PD, запрашивающего более высокое напряжение шины.



Обмен данными между приемником и источником на CC Проволока выглядит следующим образом:

1. ССторона чернил применяется для получения данных о возможностях исходной стороны.

2. Источник предоставляет информацию о своих возможностях.

3. Приемник выбирает соответствующие параметры конфигурации питания из предоставленной источником информации о возможностях и отправляет соответствующий запрос.

4. Источник принимает запрос и модифицирует напряжение шины до соответствующего параметра. Во время изменения напряжения шины потребляемый ток мойкой поддерживается на минимальном уровне. Процесс повышения напряжения шины на исходном конце осуществляется в соответствии с заданной скоростью нарастания напряжения.

5. После того, как напряжение шины достигнет конечного значения, источник будет ждать, пока напряжение шины стабилизируется. И потомотправка сигнала готовности питания в тонуть aВ этот момент мойка может увеличить свое потребление тока. Тот же процесс связи происходит, когда приемник хочет, чтобы напряжение шины упало, во время падения напряжения на шине источник активирует шунтирующую цепь, которая быстро снижает напряжение шины за счет активного разряда шины. После достижения номинального значения источник будет ждать еще немного, пока напряжение шины стабилизируется, прежде чем отправить потребителю сигнал о готовности питания

Этот метод связи гарантирует, что любые изменения питания на шине находятся в пределах возможностей источника и приемника, что позволяет избежать неконтролируемых условий. При отсоединении кабеля Type-C питание на шине также отключается. AНовое подключение обязательно сделает обнаружение кабельного соединения, а напряжение всегда на уровне 5В, так что онопозволяет избежать высокого напряжения при подключении кабеля от одного устройства к другому.

Для связи через USB PD используется двухфазный код маркировки (BMC), который представляет собой однолинейный код связи. Передача данных 1 требует процесса переключения между высоким и низким напряжениями, а передача данных 0 представляет собой фиксированное высокое напряжение или низкое напряжение. Каждый пакет данных содержит чередующуюся преамбулу 0/1, начало пакета (SOP), заголовок пакета, байты информационных данных, код циклической избыточности CRC и код конца пакета (End of Packet). Packet, EOC), см. рисунок ниже:



На рисунке ниже показана форма сигнала связи частичных разрядов, для которой требуется повышение напряжения шины от плотного к развернутому. Последовательность преамбулы можно увидеть по последней развернутой форме волны.



Данные связи BMC могут быть декодированы с помощью USB-декодера PD, такого как анализатор Ellisys EX350. С помощью этого инструмента можно захватывать данные связи PD и отображать значение каждого пакета данных, который содержит связанные со временем данные, такие как значение напряжения шины, форма сигнала на CC проволокаи т.д., см. рисунок ниже




4. Список конфигураций питания

Спецификация USB PD 3.0 определяет следующий список конфигураций блока питания:



Существует 4 отдельных значения напряжения, которые предопределены: 5 В, 9 В, 15 В и 20 В. Для 5 В, 9 В и 15 В максимальный ток составляет 3 А. В конфигурации 20 В, если кабель нормальный, максимально допустимая выходная мощность составляет 20 В/3 А (60 Вт). Если специально подобранный кабель с EЛектроник Марка (E-Mark)используется, соответствующие данные могут быть увеличены до 20 В/5 А (100 Вт). Система, поддерживающая высочайшее напряжение и мощность степеньТакже должен поддерживать все более низкие напряжения и мощности степеньs.


5. Кабель с EЛектроник Марк (E-Mark) и как работает чип E-Mark?

Спецификация USB Type-C определяет разнообразие кабелей с различными спецификациями. Особых требований к низкоскоростному кабелю USB 2.0 нет. Но для кабелей USB 3.1, которые поддерживают супер быстрая передача данных, или кабели с током более 3А, EЛектроник МеткаНеобходимо использовать. Кабель, показанный на рисунке ниже, содержит микросхему, функция которой заключается в определении характеристик кабеля. Этот активный кабель также может содержать микросхемы для формирования сигнала, для каждого из которых требуется питание от VCONN Виркабеля.



Vconn в кабеле, содержащем EЛектроник Меткамикросхема содержит понижающий резистор Ra равный 1KΩ, и его значение меньше, чем у резистора Rd, который обычно составляет 5,1 кОм. Когда такой кабель вставлен, на исходной стороне будет наблюдаться падение напряжения CC1 и CC2. Конкретное изменение напряжения сообщит хосту, какой конецпритягивается вниз за счет сопротивления конца раковины 5,1 кОм, и какие конецтянется вниз под действием 1KΩ сопротивление кабеля, так тНаправление введениякабеляможно определить. Эффект понижения Ra также позволяет исходной стороне знать, что VCONN требуется источник питания 5 В, поэтому ему необходимо подавать питание на сторону CC для удовлетворения требований к мощности EЛектроник Метка.



На рисунке ниже показан тестовый случай,вхICHКонец источника питания (источник) соединяется с концом энергопотребления (приемником) кабелем с EЛектроник Метка, а кабель находится в перевернутом состоянии. Видно, что при подключении кабеля проволокана исходном конце подтягивается к очень низкому напряжению с помощью 1KΩ сопротивление со стороны VCONN.

Источник конецобнаружит это напряжение и будет знать, что кабель содержит EЛектроник Чип марки, поэтому он подключит 5V VCONN к CC проволокадля подачи питания на внутреннюю цепь кабеля.

Коммуникация PD, которая происходит позже, будет включать в себя коммуникацию между источником и EЛектроник Метка(называется СОП или СОП»), и обмен данными между источником и приемником (так называемая СОП)




6. Двойная роль источника питания

Некоторые устройства USB Type-C можно использовать как источник, так и приемник, и они называются устройствами, поддерживающими двойную роль (Dual Role for Power, DRP). Клеммы CC1 и CC2 этого устройства находятся в состоянии чередования высоких и низких уровней. Перед соединением, как только соединение произойдет, клеммы CC обеих сторон изменятся, как показано на рисунке ниже.


В этом случае в качестве источника выбирается устройство DRP слева, а в качестве приемника — устройство DRP справа. Эту ситуацию также можно обратить, если только устройство DRP не было настроено на источник в первую очередь (например, когда оно питается от внешнего адаптера питания) или на первоочередное отключение (например, когда оно питается от батареи).

Переключение ролей питания также может происходить во время подключения, если одно из двух устройств DRP инициирует запрос на переключение ролей. На следующем рисунке показан процесс такого переключения ролей.






 

Copyright 2019 Все права защищены.

Дюны: