Pomocy technicznej

Wsparcie serwisowe

Zdarzenia

Polecane produkty

USB-C Power Delivery - Co sprawia, że USB-C szybko się ładuje?

Sierpnia 23, 2022
USB-C Power Delivery - Co sprawia, że USB-C szybko się ładuje?


Zanim pojawił się interfejs Type-C, USB mógł zapewnić tylko 2,5 W mocy, podczas gdy USB Type-C pozwalał na maksymalną moc do 5 V/3 A (15 W). Jeśli przyjęty zostanie protokół Power Deliver (PD), napięcie i prąd można zwiększyć do 20V/5A (100W), co umożliwia zasilanie dużych urządzeń przez interfejs USB, takich jak ładowanie laptopa z dużą baterią.

Ale co sprawia, że USB-C szybko się ładuje?

FPo pierwsze, Przyjrzyjmy się interfejsowi USB-C i kablowi USB-C

1. Definicja funkcji kodu PINsUSB typu C

Type-C jest formą interfejsu USB. Jest to jedyne złącze USB, które nie dba o front bok i z powrotembokpo włożeniu. Obsługuje standardowe ładowanie USB, transmisję danych, transmisję wideo, transmisję audio, wyjście wyświetlacza i inne funkcje.





Kolejną różnicą między USB Type-C a starszymi standardami jest jego podwójna rola. Oba końce każdego USB Type-C są dublowane, co oznacza, że dwa podłączone urządzenia muszą komunikować się ze sobą, aby określić, czy powinny istnieć jako host, czy urządzenie peryferyjne. Komunikacja ról musi być prowadzona oddzielnie dla danych i zasilania, a praca ta powinna być wykonywana po podłączeniu.

Port hosta używany do przesyłania danych nazywa się portem skierowanym w dół (DFP), a port peryferyjny nazywa się portem skierowanym w stronę nadrzędnym (UFP). Jeśli chodzi o zasilanie, koniec zasilacza nazywany jest końcem źródła (Source), a koniec poboru mocy nazywany jest końcem zlewu (Sink). Niektóre urządzenia mogą mieć zarówno funkcję podwójnej roli danych (DRD) w odniesieniu do danych, jak i funkcję podwójnej roli zasilania (DRP) w zasilaczu. Wspólnota Konsultacyjna drutokreśla rolę zasilacza podczas połączenia między dwoma urządzeniami, komunikując się za pomocą Type-C "Configuration Channel Pin CC"



2. Jak podłączyć USB-C do USB-C?

Schemat połączeń w pełni funkcjonalnego USB-C do USB-C GEN 2 jest następujący, dostarczony przez P-Shine Electronic Tech Ltd.

Status (1) Nieodwrócone połączenie bezpośrednie



Powyższy obrazek przedstawia połączenie, gdy jest Nieodwrócony. Od gniazda po lewej stronie do gniazda po prawej para RX1 jest połączona z parą RX1, para RX2 jest połączona z parą RX2; D+ jest podłączony do D+, D- jest podłączony do D-, SBU1 jest podłączony do SBU2, a CC1 jest podłączony do CC1. .

Czasami VCONN na obu końcach nie muszą być podłączone (B5 do B5). W przypadku gdy elektroniczny zaznaczyć(E-mark) jest zainstalowany na płytce drukowanej złącza USB-C, B5 lewej wtyczki i B5 prawej wtyczki potrzebabyć ze sobą połączone

Województwo (2) FPołączenie z liską



Gdy wtyczka i gniazdko po lewej stronie pozostają takie same, a gniazdo po prawej stronie też pozostaje taka sama, ale wtyczka po prawej stronie zmienia się z jednej strony na drugą (USB-C obsługuje wkładanie z przodu i z tyłu), połączenie USB-C Odwrócenie

W takim przypadku od gniazda po lewej stronie do gniazda po prawej parze RX1 jest podłączona do pary TX2, para RX2 jest podłączona do pary TX1, D+ jest nadal podłączona do D+, D- jest nadal podłączona do D-, SBU1 Podłącz do SBU1, SBU2 do SBU2 i CC1 podłączona do CC2 przez CC drut. Teraz szybkie dane są przesyłane przez RX1+/- i TX1+/- po lewej stronie do TX2+/- i RX2+/- po prawej.

Zarówno lewa, jak i prawa wtyczka puszkazostać odwrócone. Wygląda na to, że w sumie istnieją cztery różne metody łączenia, ale w rzeczywistości są tylko dwie, bezpośrednie (odwrócenie obu końców w tym samym czasie jest równoznaczne z bezpośrednim) i jednostronne odwrócenieEd.

Dlatego w 3.1 USB-C do USB-C można zobaczyć cztery pary szybkich sygnałów, ale tylko dwie pary działają w tym samym czasie, wPo odwróceniu jednostronnej wtyczki, pozostałe dwie wolne pary sygnałów mogą zastąpić oryginalną parę robocząs. Lub gdy zmieniają się role hosta i urządzeń peryferyjnych w zakresie zasilania lub przesyłania danych, pary sygnałów są stale przełączane.

W systemie USB 3.1 pary danych RX/TX muszą być skonfigurowane dla każdego możliwego stanu połączenia za pomocą multipleksera, aby można było nawiązać poprawną komunikację.Poniższy rysunek przedstawia możliwości routingu par danych między portami USB typu C, orientację wtyczki i gniazda można poznać, mierząc stan CC1 / CC2 na każdym terminalu, kontroler logiczny CC może następnie zakończyć konfigurację routingu multipleksera, zarówno w multipleksie, jak i w chipsecie USB.




3. USB-C Power Delivery - Co sprawia, że USB-C szybko się ładuje?

USB PD3.0 jest związane tylko z zasilaniem i nie ma nic wspólnego z transmisją danych. Tradycyjne ładujące USB-A mogą składać się tylko z dwóch przewodów, VBUS i Gound. Jednak USB-C do USB-C, który jest zgodny z PD 3.0, wymaga co najmniej trzech przewodów: VBUS, Gound i CC (konfiguracja kanałów).

W USB typu C, który nie używa aPower Transfer Protocol, metoda transferu mocy od strony źródła do strony zlewu jest pokazana na poniższym rysunku



Końcówka źródłowa USB typu C zawsze zawiera przełącznik MOSFET do włączania/wyłączania VBUS, może mieć możliwość wykrywania prądu VBUS, jego główną funkcją jest wykrywanie stanów przetężenia,obwód rozładowania VBUS w nim zacznie działać, gdy wystąpi przetężenie. Obwody detekcyjne CC1 i CC2 znajdują się zarówno po stronie źródła, jak i ujścia.

Rola CC (Channel Configuration) drutjest skonfigurowanie zasilania dla dwóch podłączonych urządzeń. Początkowo nie ma zasilania na VBUS interfejsu USB Type-C. System musi określić rolę urządzenia podczas połączenia kablowego.Urządzenie z napięciem linii CC na gniazdku podciągniętym do góry będzie zdefiniowane jako dostawca energii elektrycznej (źródło), natomiast urządzenie z napięciem obniżonym zostanie zdefiniowane jako odbiornik prądu (ujście).



Powyższy rysunek pokazuje, jak określić rolęszasilania i poboru mocy, orientacji i możliwości zasilania prądem. CC1 i CC2 po stronie źródła są wysoko ciągnięte przez rezystor Rp, a monitorowany CC1/CC2 jest zawsze pod wysokim napięciem, gdy nic nie jest podłączone. Po podłączeniu zlewu napięcie CC1 lub CC2 jest obniżane przez rezystor Rd . Ponieważ w jest tylko jeden przewód CC, źródło może określić, który bok CC jest ściągany w dół. Monitorowane jest również napięcie CC1/CC2 na zlewie, once a CC drutzostanie podciągnięty, zmiana jego poziomu napięcia pozwoli zlewozmywakowi poznać zdolność zasilania prądem źródła. Rezystor podciągający Rp w obwodzie można również zastąpić źródłem prądu, które jest łatwe do zaimplementowania w układzie scalonym i może być odporne na błędy napięcia zasilania V+.

Zdefiniowana wartość rezystora pull-down Rd na zlewie wynosi 5,1KΩ, więc napięcie CC drutjest określana przez wartość rezystora podciągającego Rp w źródle (lub wartość prądu źródła prądowego). Dostępne są 3 poziomy prądu magistrali które zostały zdefiniowane. Najniższy CC drutnapięcie (około 0,41V) odpowiada domyślnej specyfikacji zasilania USB (500mA dla USB 2.0 lub 900mA dla USB 3.0), a wyższe CC drutnapięcie (około 0,92 V) ) odpowiada obciążalności prądowej 1,5A. Jeśli CC drutnapięcie wynosi około 1,68 V, odpowiadające mu MZdolność zasilania prądem aksymalnym wynosi 3A. Odpowiednie dane mogą odnosić się do poniższego rysunku



Poniższy rysunek przedstawia przypadek pomiaru, w którym strona zasilania (Sźródło) jest podłączony do strony zużycia energii (Satramentu), za pomocą zwykłego USB-C do USB-C.

Początkowo zarówno CC1, jak i CC2 na gnieździe źródłowym są podciągane do wysokiego napięcia przez rezystor Rp, a zarówno CC1, jak i CC2 na zlewie są ściągane do niskiego napięcia przez rezystor ściągający Rd.

Po podłączeniu CC1 lub CC2 jest podciągany do wyższego napięcia w zależności od kierunku wprowadzania. w tym przypadku nie jest w stanie odwróconym, CC1 po stronie źródła i CC1 po stronie zlewu są połączone,po tym, jak napięcie na CC1 zostanie zmienione przez Rp i Rd, pojawi się nowa wartość, napięcie to zostanie zmierzone przez zlew i dzięki temu będzie wiedział, jaka jest aktualna zdolność zasilania źródła.

W tym przypadku napięcie CC1 po podłączeniu wynosi około 1,65V, co oznacza, że źródło może dostarczyć maksymalny prąd o natężeniu 3A.

Po CCdrutpołączenie zostanie nawiązane, napięcie 5 V na VBUS zostanie włączone.

W systemach bez protokołu dostarczania zasilania, aktualna zdolność zasilania na magistrali jest określana przez Rp/Rd, ale źródło dostarcza tylko 5V



Po zastosowaniu protokołu Power Delivery (PD) napięcie magistrali systemu USB Type-C można zwiększyć do maksymalnie 20 V, komunikacja między źródłem a ujściem w zakresie napięcia i prądu magistrali odbywa się poprzez przesyłanie szeregowych kodów BMC na przewodzie CC

Schemat ramowy systemu USB Type-C z uwzględnieniem protokołu PD ze źródła bok do zlewu bokjest pokazany na poniższym rysunku



Jak pokazano na powyższym rysunku, po stronie źródła znajduje się konwerter napięcia, który jest sterowany przez kontroler wyładowań niezupełnych po stronie źródła. Przetwornica napięcia może być przetwornicą Buck, Boost, Buck-Boost lub flyback w zależności od warunków napięcia wejściowego i najwyższych wymagań dotyczących napięcia magistrali. Komunikacja PD przez CC drutjest również pod kontrolą kontrolera PD. System USB PD wymaga również przełącznika do przełączenia zasilania Vconn na CC drut.

Po nawiązaniu połączenia, komunikacja SOP protokołu PD rozpoczyna się za pośrednictwem CC drutaby wybrać specyfikację przenoszenia mocy,Zlew zapyta o parametry konfiguracji mocy (dane dotyczące napięcia i prądu magistrali), które może dostarczyć źródło. Ze względu na to, że zapotrzebowanie na mocatramentkoniec jest często Powiązane do urządzenia podłączonego do zlew(np. ładowarkę), wbudowany kontroler systemu satramentkoniec musi komunikować się z kontrolerem wyładowań niezupełnych po stronie źródłowej w celu określenia odpowiednich specyfikacji.

Poniższy rysunek przedstawia przykład tonącego sterownika wyładowań niezupełnych żądającego wyższego napięcia magistrali.



Komunikacja między ujściem a źródłem w CC Drut wygląda podobnie do następujących kroków:

1. SStrona atramentu ma zastosowanie w celu uzyskania danych o możliwościach po stronie źródłowej.

2. Źródło dostarcza informacje o swoich możliwościach.

3. Ujście wybiera odpowiednie parametry konfiguracji mocy z informacji o danych o możliwościach dostarczonych przez źródło i wysyła odpowiednie żądanie.

4. Źródło akceptuje żądanie i modyfikuje napięcie magistrali do odpowiedniego parametru. Podczas zmian napięcia magistrali pobór prądu przez zlew jest utrzymywany na jak najniższym poziomie. Proces podnoszenia napięcia magistrali po stronie źródła odbywa się zgodnie z określoną prędkością podnoszenia napięcia.

5. Gdy napięcie magistrali osiągnie wartość końcową, źródło będzie czekać, aż napięcie magistrali się ustabilizuje , a następnieWysyłanie sygnału gotowości zasilania do zlew aW tym momencie zlew może zwiększyć swoje obecne pobór. Ten sam proces komunikacji zachodzi, gdy zlew chce, aby napięcie magistrali spadło, podczas spadku napięcia magistrali źródło aktywuje obwód bocznikowy, który szybko zmniejsza napięcie szyny poprzez aktywne rozładowanie magistrali. Po osiągnięciu wartości znamionowej źródło poczeka nieco dłużej na ustabilizowanie się napięcia magistrali przed wysłaniem sygnału gotowości zasilania do odbiornika

Ta metoda komunikacji zapewnia, że wszelkie zmiany mocy na magistrali mieszczą się w możliwościach źródła i ujścia, unikając niekontrolowanych warunków. Gdy połączenie Type-C zostanie rozłączone, zasilanie autobusu również zostanie wyłączone. Any nowy podłączeniu na pewno wykona wykrywanie połączenia kablowego, a napięcie jest zawsze na poziomie 5V, dzięki czemu onomoże uniknąć wysokiego napięcia, gdy jest podłączony z jednego urządzenia do drugiego.

Komunikacja USB PD wykorzystuje dwufazowy kod identyfikacyjny (BMC), który jest jednowierszowym kodem komunikacyjnym. Transmisja danych 1 wymaga procesu przełączania między wysokimi i niskimi napięciami, a transmisja danych 0 Jest to stałe wysokie napięcie lub niskie napięcie. Każdy pakiet danych zawiera naprzemienną preambułę 0/1, początek pakietu (SOP), nagłówek pakietu, bajty danych informacyjnych, cykliczny kod nadmiarowy CRC i kod końca pakietu (koniec pakietu). Packet, EOC), patrz rysunek poniżej:



Poniższy rysunek przedstawia przebieg komunikacji wyładowań niezupełnych, która wymaga wzrostu napięcia magistrali z gęstego do rozszerzonego. Sekwencję preambuły można zobaczyć od ostatniego rozwiniętego przebiegu.



Dane komunikacyjne BMC można dekodować za pomocą dekodera USB PD, takiego jak analizator EX350 firmy Ellisys. Za pomocą tego narzędzia można przechwycić dane komunikacji wyładowań niezupełnych i wyświetlić znaczenie każdego pakietu danych, który zawiera dane związane z czasem, takie jak wartość napięcia magistrali, przebieg na CC drutitd., patrz rysunek poniżej




4. Lista konfiguracji zasilania

Specyfikacja USB PD 3.0 definiuje następującą listę konfiguracji zasilacza:



Istnieją 4 oddzielne wartości napięcia, które są wstępnie zdefiniowane: 5 V, 9 V, 15 V i 20 V. Dla 5V, 9V i 15V maksymalny prąd wynosi 3A. W konfiguracji 20 V, jeśli jest normalny, maksymalna dopuszczalna moc wyjściowa wynosi 20 V/3 A (60W). Jeśli specjalnie dostosowany z ELekctroniczny Znak (E-Mark)jest używany, odpowiednie dane można zwiększyć do 20V/5A (100W). System, który obsługuje najwyższe napięcie i moc ocenamusi również obsługiwać wszystkie niższe napięcie i moc ocenas.


5. Przewód z ELekctroniczny Mark (E-Mark) i Jak działa chip E-Mark?

Specyfikacja USB Type-C definiuje różne o różnych specyfikacjach. Nie ma specjalnych wymagań dotyczących USB 2.0 o niskiej prędkości. Ale w przypadku USB 3.1, które obsługują super szybka transmisja danych, lub o prądach przekraczających 3A, ELekctroniczny Zaznaczyćmuszą być używane. pokazany na poniższym rysunku zawiera układ scalony, którego funkcją jest identyfikacja charakterystyki. Ten żywy może również zawierać układ scalony do kształtowania sygnału, z których wszystkie wymagają zasilania z VCONN Wier.



Vconn w zawierającym ELekctroniczny Zaznaczyćukład zawiera rezystor ściągający Ra równy 1KΩ, a jego wartość jest mniejsza niż rezystora Rd, który zwykle wynosi 5,1 kΩ. Po włożeniu takiego po stronie źródła będzie widoczny spadek napięcia CC1 i CC2. Konkretna zmiana napięcia powie hostowi, który koniecjest ściągany w dół przez rezystancję 5,1 kΩ końcówki zlewu, i które koniecjest ściągany w dół przez 1KΩ rezystancja, więc tKierunek wstawianiamożna określić. Efekt pull-down Ra pozwala również stronie źródła wiedzieć, że VCONN potrzebuje zasilacza 5 V, więc musi dostarczać zasilanie do końca CC, aby spełnić wymagania dotyczące mocy ELekctroniczny Zaznaczyć.



Poniższy rysunek przedstawia przypadek testowy,WhichKońcówka zasilająca (źródło) jest podłączona do końcówki poboru mocy (zlewu) za pomocą z ELekctroniczny Zaznaczyć, a jest w stanie odwróconym. Widać, że po podłączeniu CC drutna końcu źródła jest podciągany do bardzo niskiego napięcia przez 1KΩ rezystancję od końca VCONN.

Źródło koniecwykryje to napięcie i będzie wiedział, że zawiera ELekctroniczny Oznacz żeton, więc połączy 5V VCONN z CC drutdo zasilania wewnętrznego obwodu.

Komunikacja PD, która nastąpi później, będzie obejmować komunikację między źródłem a ELekctroniczny Zaznaczyć(zwane SOP' lub SOP"), oraz komunikacja między źródłem a zlewem (zwana SOP)




6. Podwójna rola zasilacza

Niektóre urządzenia USB Type-C mogą być używane zarówno jako źródło, jak i ujście, i są nazywane urządzeniami obsługującymi podwójne role (Dual Role for Power, DRP). Zaciski CC1 i CC2 tego urządzenia są w stanie naprzemiennych poziomów wysokich i niskich. Przed połączeniem, gdy połączenie nastąpi, zaciski CC obu ulegną zmianie, jak pokazano na poniższym rysunku.


W takim przypadku urządzenie DRP po lewej stronie jest wybierane jako źródło, a urządzenie DRP po prawej stronie jest wybierane jako ujście. Tę sytuację można również odwrócić, chyba że urządzenie DRP zostało ustawione na źródło jako pierwsze (na przykład, gdy jest zasilane przez zewnętrzny zasilacz) lub ustawione na ujście jako pierwsze (na przykład gdy jest zasilane z baterii).

Przełączanie ról zasilania może również nastąpić podczas połączenia, o ile jedno z dwóch urządzeń DRP zainicjuje żądanie przełączenia ról. Na poniższym rysunku przedstawiono proces takiej zamiany ról.






 

Copyright 2019 Wszelkie prawa zastrzeżone.

Linki: