Техническая поддержка

Сервисная поддержка

События

Рекомендуемые продукты

Подача питания USB-C - Что делает кабель USB-C быстрой зарядкой?

23 августа 2022 г.
Подача питания USB-C - 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 максимальной мощности составлять до 5 В / 3 А (15 Вт). Если принят 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, заряжать ноутбук с большой батареей.

но, Что делает кабель USB-C быстрой зарядкой?

Fпервый, Давайте рассмотрим интерфейс USB-C и кабель USB-C

1.Функция определения PIN-кодаsUSB Type-C

Type-C - это форма интерфейса USB. Это единственный USB-разъем, который не заботится о передней панелисторонаи обратносторонакогда он вставлен. Он поддерживает стандартную зарядку 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 возможности двойного назначения. Оба конца каждого кабеля USB Type-C зеркально отображаются, что означает, что два подключенных устройства должны взаимодействовать друг с другом, чтобы определить, должны ли они существовать как хост или периферийное устройство. Связь ролей должна осуществляться отдельно для передачи данных и питания, и эта работа должна выполняться после подключения кабеля.

Хост-порт, 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 энергопотребления называется концом приемника (Sink). Некоторые устройства могут иметь как возможность двойной роли данных (DRD) для данных, так и возможность двойной роли питания (DRP) для источника питания. ЦКпроволокаопределяет роль источника питания во время соединения между двумя устройствами, обменивающимися данными через Type-C «Configuration Channel Pin CC»



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

Схема подключения полнофункционального кабеля USB-C — USB-C GEN 2 выглядит следующим образом, предоставлена P-Shine Electronic Tech Ltd.

Статус (1) Прямое соединение без переворота



На изображении выше показано соединение, когда кабельНеперевернутый. От розетки слева до розетки 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 электронныйметкаМикросхема (E-mark) устанавливается на печатную плату разъема USB-C, B5 левого штекера и B5 правого штекерануждатьсябыть на связи друг с другом

Государство (2)FСоединение с губами



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

В этом случае от розетки слева до розетки справа пара RX1 подключена к паре TX2, пара RX2 подключена к паре TX1, D+ по-прежнему подключена к D+, D- по-прежнему подключена к D-, SBU1 подключается к SBU1, SBU2 к SBU2 и CC1 подключается к CC2 через CCпроволока. Теперь высокоскоростные данные передаются через RX1+/- и TX1+/- слева на TX2+/- и RX2+/- справа.

Как левый, так и правый штекерымочьбыть перевернутым. Кажется, что всего существует четыре разных способа подключения, но на самом деле их всего два: прямой (переворачивание обоих концов одновременно эквивалентно прямому) и односторонний флипЭд.

Таким образом, вы можете увидеть четыре пары высокоскоростных пар сигналов в кабеле 3.1 кабеля USB-C — USB-C, но одновременно работают только две пары, wКогда односторонняя вилка перевернута, две другие свободные сигнальные пары могут заменить оригинальную рабочую паруs. Или по мере изменения ролей хоста и периферийных устройств для питания или передачи данных сигнальные пары постоянно переключаются.

В системе USB 3.1 пары данных RX/TX необходимо настроить для каждого возможного состояния подключения с помощью мультиплексора, чтобы можно было сформировать правильную связь.На рисунке ниже показаны возможности маршрутизации пар данных между портами USB Type-C, ориентацию вилки и розетки можно узнать, измерив состояние CC1/CC2 на каждом терминале, затем логический контроллер CC может завершить конфигурацию маршрутизации мультиплексора либо в мультиплексоре, либо в наборе микросхем USB.




3. Подача питания USB-C - Что делает кабель USB-C быстрой зарядкой?

USB PD3.0 связан только с питанием 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 каналов).

В кабеле USB Type-C, который не используетaПротокол передачи мощности, способ передачи энергии от конца источника к концу приемника показан на рисунке ниже



На исходном конце кабеля USB Type-C всегда находится переключатель MOSFET для включения/выключения VBUS, он может иметь возможность обнаруживать ток VBUS, его основная функция заключается в обнаружении условий перегрузки по току,цепь разряда VBUS в нем начнет работать при возникновении перегрузки по току. Схемы обнаружения CC1 и CC2 существуют как на исходной, так и на приемной стороне.

Роль CC (конфигурация канала)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 кабельного соединения.Устройство с напряжением линии CC на розетке, подтянутой вверх, будет определяться как источник питания (источник), а устройство с пониженным напряжением будет определяться как потребитель питания (раковина).



На рисунке выше показано, как определить рольsэлектропитания и потребления, ориентации кабеля и возможности подачи тока. CC1 и CC2 на конце источника высоко тянутся резистором Rp, а контролируемый CC1 / CC2 всегда находится под высоким напряжением, когда ничего не подключено. После подключения раковины напряжение CC1 или CC2 снижается резистором Rd . Поскольку в кабеле только один провод CC, источник может сказать, какойсторонаCC опускается низко. Напряжение CC1 / CC2 на раковине также контролируется, once a CCпроволокаобнаруживается, что он подтягивается, изменение уровня его напряжения позволит приемнику узнать о возможности подачи тока источника. Подтягивающий резистор Rp в цепи также может быть заменен источником тока, который легко реализовать в интегральной схеме и может быть невосприимчив к ошибкам напряжения питания V+.

Установленное значение понижающего резистора Rd на раковине равно 5,1KΩ, значит напряжение ККпроволокаопределяется значением подтягивающего резистора Rp у источника (или токовым значением источника тока). Существует 3 уровня тока шины которые были определены. Самый низкий CCпроволоканапряжение (около 0,41 В) соответствует спецификации питания USB по умолчанию (500 мА для USB 2.0 или 900 мА для USB 3.0) и более высокому CCпроволоканапряжение (около 0,92 В) соответствует потенциальному току 1,5 А. Если КЦпроволоканапряжение составляет около 1,68 В, соответствующееMВозможность подачи тока aximum составляет 3 А. Соответствующие данные могут быть приведены на следующем рисунке



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 и CC1, и CC2 на разъеме источника подтягиваются до высокого напряжения резистором Rp, а CC1 и CC2 на раковине опускаются до низкого напряжения понижающим резистором Rd.

После подключения кабеля CC1 или CC2 подтягивается до более высокого напряжения в зависимости от направления вставки кабеля. Кабель в этом случае не находится в перевернутом состоянии, подключены CC1 на конце источника и CC1 на конце раковины,после того, как на напряжение на CC1 влияют Rp и Rd, появляется новое значение, это напряжение будет измеряться приемником и, таким образом, будет известно, какова мощность источника питания.

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

После ККпроволокасоединение установлено, напряжение 5 В на VBUS будет включено.

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



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

Схема системной рамы системы USB Type-C, включая протокол PD от источникасторонак раковинесторонапоказано на рисунке ниже



Как показано на рисунке выше, сторона источника содержит преобразователь напряжения, который управляется контроллером PD со стороны источника. Преобразователь напряжения может быть Buck, Boost, Buck-Boost или flyback преобразователем в зависимости от условий входного напряжения и самых высоких требований к напряжению шины. Коммуникация ПДн через КЦпроволокатакже находится под контролем контроллера ПД. Система USB PD также нуждается в переключателе для переключения питания Vconn на CCпроволока.

Когда соединение кабеля установлено, связь СОП протокола PD начинается через CCпроволокаВыбор спецификации передачи мощности,Приемник запросит параметры конфигурации питания (данные о напряжении и токе шины), которые может предоставить источник. Так как потребность в мощности sчернилаКонец часто бываетродственныйк устройству, подключенному ктонуть(например, зарядное устройство), встроенный системный контроллер Sчернилаконец должен взаимодействовать с контроллером PD конца источника для определения соответствующих спецификаций.

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



Связь между приемником и источником на CCПровод выглядит следующим образом:

1. СInk side применяется для получения данных о возможностях исходной стороны.

2. Источник предоставляет информацию о своих возможностях.

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

4. Источник принимает запрос и изменяет напряжение шины на соответствующий параметр. Во время изменения напряжения шины потребляемый током мойки поддерживается как можно меньше. Процесс повышения напряжения шины на конце источника осуществляется в соответствии с заданной скоростью нарастания напряжения.

5. После того, как напряжение шины достигнет конечного значения, источник будет ждать стабилизации напряжения шиныИ потомОтправка сигнала готовности к питанию натонуть aВ этот момент мойка может увеличить свое текущее потребление. Тот же процесс связи происходит, когда приемник хочет, чтобы напряжение шины упало, во время падения напряжения шины источник активирует шунтирующую цепь, которая быстро снижает напряжение шины за счет активного разряда шины. После достижения номинального значения источник будет немного дольше ждать, пока напряжение шины стабилизируется, прежде чем отправить потребителю сигнал готовности к питанию

Этот метод связи гарантирует, что любые изменения мощности на шине находятся в пределах возможностей источника и приемника, избегая неконтролируемых условий. При отключении подключения кабеля Type-C питание шины также отключается. AНовое соединение обязательно сделает обнаружение кабельного соединения, а напряжение всегда будет на уровне 5 В, так чтооноМожно избежать высокого напряжения при подключении кабеля от одного устройства к другому.

Для связи USB PD используется двухфазный код маркировки (BMC), который представляет собой однострочный код связи. Передача данных 1 требует процесса переключения между высоким и низким напряжением, 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 (конец пакета). Packet, EOC), см. рисунок ниже:



На рисунке ниже показана форма сигнала PD-соединения, требующего увеличения напряжения шины от плотного до расширенного. Последовательность преамбулы можно увидеть по последнему развернутому сигналу.



Коммуникационные данные 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 данные, связанные со временем, такие как значение напряжения шины, форма сигнала на CCпроволокаи т.д., см. рисунок ниже




4.Список конфигураций питания

Спецификация USB PD 3.0 определяет следующий список конфигураций блока питания:



Есть 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 настроенный кабель сEЛектроникМарк (E-Mark)используется, соответствующие данные могут быть увеличены до 20 В / 5 А(100 Вт). Система, поддерживающая высочайшее напряжение и мощностьстепеньТакже должен поддерживать все более низкие напряжения и мощностистепеньs.


5. Кабель сEЛектроникМарк (E-Mark) и Как работает чип E-Mark?

Спецификация USB Type-C определяет множество кабелей с различными характеристиками. Особых требований к низкоскоростному кабелю USB 2.0 нет. Но для кабелей USB 3.1, поддерживающихсупербыстрая передача данных, или кабели с токами, превышающими 3А,EЛектроникМеткадолжны быть использованы. Кабель, показанный на рисунке ниже, содержит микросхему, функция которой заключается в идентификации характеристик кабеля. Этот живой кабель также может содержать микросхему для формирования сигнала, для чего требуется питание от VCONNВиркабеля.



Vconn в кабеле, содержащемEЛектроникМеткамикросхема содержит понижающий резистор Ra 1KΩ, и его значение меньше, чем резистор Rd, который обычно составляет 5,1 кОм. Когда такой кабель вставлен, конец источника увидит падение напряжения CC1 и CC2. Конкретное изменение напряжения сообщит хосту, какойконецтянется вниз сопротивлением 5,1 кОм конца раковины,и которыйконецтянется вниз на 1KΩ сопротивление кабеля, так что тНаправление вставкикабеляможно определить. Эффект вытягивания Ra также позволяет источнику знать, что VCONN нуждается в источнике питания 5 В, поэтому ему необходимо подавать питание на конец CC, чтобы удовлетворить требования к мощностиEЛектроникМетка.



На рисунке ниже показан тестовый пример,whichКонец источника питания (источник) соединяется с концом энергопотребления (приемником) кабелем сEЛектроникМетка, и кабель находится в перевернутом состоянии. Видно, что при подключении кабеля КЦпроволокана конце источника подтягивается к очень низкому напряжению на 1KΩ сопротивление со стороны VCONN.

Источникконецобнаружит это напряжение и узнает, что кабель содержитEЛектроникМарк чип, таким образом, он подключит 5 В VCONN к CCпроволокадля подачи питания на внутреннюю цепь кабеля.

Обмен данными о ПДн, который произойдет позже, будет включать в себя обмен данными между источником иEЛектроникМетка(называемая СОП или СОП»),и связь между источником и приемником (называемая СОП)




6.Двойная роль источника питания

Некоторые устройства USB Type-C могут использоваться как в качестве источника, так и в качестве приемника, и они называются устройствами, поддерживающими двойные роли (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 обоих изменятся, как показано на рисунке ниже.


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