Pomocy technicznej

Wsparcie serwisowe

Zdarzenia

Polecane produkty

Zasilanie USB-C - co sprawia, że USB-C jest szybkim ładowaniem?

23 sierpnia 2022 r.
Zasilanie USB-C - co sprawia, że USB-C jest szybkim ładowaniem?


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

Ale, Co sprawia, że USB-C szybkie ładowanie?

First, 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 przódboki z powrotembokpo włożeniu. Obsługuje ładowanie w standardzie USB, transmisję danych, transmisję wideo, transmisję audio, wyjście wyświetlacza i inne funkcje.





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

Port hosta używany do transmisji danych nosi nazwę Downstream Facing Port (DFP), a port peryferyjny jest nazywany portem skierowanym do przodu (UFP). Jeśli chodzi o zasilanie, koniec zasilania nazywany jest końcem źródła (Source), a koniec zużycia energii nazywany jest końcem zlewu (Sink). Niektóre urządzenia mogą mieć zarówno funkcję DRD (Dual Roles of Data) dla danych, jak i funkcję DRP (Dual Roles of Power) na zasilaczu. KCdrutokreśla rolę zasilacza podczas połączenia między dwoma urządzeniami, komunikując się za pośrednictwem typu C "Configuration Channel Pin CC"



2. Jak podłączyć USB-C do USB-C?

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

Status (1) Nieodwrócone bezpośrednie połączenie



Powyższy obraz pokazuje połączenie, gdy jestOdwrócony. Od gniazda po lewej do gniazda po prawej para RX1 jest podłączona do pary RX1, para RX2 jest podłączona do pary 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). Gdy elektronicznyzaznaczyćUkład (E-mark) jest zainstalowany na płytce drukowanej złącza USB-C, B5 lewej wtyczki i B5 prawej wtyczkipotrzebabyć ze sobą połączone

Stan (2)FPołączenie szczelinowe



Gdy wtyczka i gniazdo po lewej stronie pozostają takie same, a gniazdo po prawejteżpozostaje taki sam, ale wtyczka po prawej stronie zmienia się z jednej strony na drugą (USB-C obsługuje wkładanie z przodu i z tyłu), połączenie USB-COdwrócenie

W tym przypadku, od gniazda po lewej do gniazda po prawej, para 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 Połącz się z SBU1, SBU2 do SBU2 i CC1 podłączony do CC2 przez CCdrut. Teraz szybkie dane są przesyłane przez RX1+/- i TX1+/- po lewej stronie do TX2+/- i RX2+/- po prawej.

Zarówno lewa, jak i prawa wtyczkapuszkabyć odwrócone. Wydaje się, że w sumie istnieją cztery różne metody połączenia, ale w rzeczywistości są tylko dwie, bezpośrednie (odwracanie obu końców w tym samym czasie jest równoważne bezpośredniemu) i jednostronne flippEd.

Dlatego można zobaczyć cztery pary szybkich par sygnału w 3.1 USB-C do USB-C, ale tylko dwie pary działają w tym samym czasie, wW przypadku jednostronnego odwrócenia wtyczki, pozostałe dwie wolne pary sygnału mogą zastąpić oryginalną parę robocząs. Lub jako rola hosta i urządzenia peryferyjnego dla zasilania lub transferu 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 pokazuje możliwości routingu par danych między portami USB typu C, orientację wtyczki i gniazda można poznać, mierząc stan CC1 / CC2 na każdym terminalu, sterownik logiczny CC może następnie zakończyć konfigurację routingu multipleksera, albo w multiplekserze, albo w chipsecie USB.




3. Zasilanie USB-C - co sprawia, że USB-C jest szybkim ładowaniem?

USB PD3.0 jest związany tylko z zasilaniem i nie ma nic wspólnego z transmisją danych. Tradycyjne ładujące USB-A mogą być tylko dwoma przewodami, VBUS i Gound. Jednak USB-C do USB-C zgodny z PD 3.0 wymaga co najmniej trzech przewodów: VBUS, Gound i CC (Channel Configuration).

W USB typu C, który nie używaaProtokół transferu mocy, metoda przenoszenia mocy z końca źródła na koniec zlewu pokazano 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 warunków przetężeniowych,obwód rozładowania VBUS zacznie działać, gdy wystąpi przetężenie. Obwody detekcji CC1 i CC2 istnieją zarówno na końcu 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 zdefiniować rolę urządzenia podczas połączenia kablowego.Urządzenie z napięciem linii CC na podciągniętym gnieździe zostanie zdefiniowane jako dostawca mocy (źródło), natomiast urządzenie z napięciem ściągniętym w dół zostanie zdefiniowane jako odbiornik energii (zlew).



Powyższy rysunek pokazuje, jak określić rolęszasilania i zużycia, orientacji i zdolności zasilania prądowego. CC1 i CC2 na końcu źródła są ciągnięte wysoko 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 ściągane w dół przez rezystor Rd . Ponieważ w znajduje się tylko jeden przewód CC, źródło może powiedzieć, którystronaCC jest ciągnięty nisko. Monitorowane jest również napięcie CC1/CC2 na zlewie, once a CCdrutzostanie podciągnięty, zmiana jego poziomu napięcia pozwoli zlewowi poznać aktualną zdolność zasilania 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 ściągającego Rd przy zlewie wynosi 5,1KΩ, więc napięcie CCdrutjest określona przez wartość rezystora podciągającego Rp u źródła (lub wartość prądu źródła prądowego). Istnieją 3 poziomy prądu magistrali które zostały zdefiniowane. Najniższy CCdrutnapięcie (około 0,41 V) odpowiada domyślnej specyfikacji zasilania USB (500 mA dla USB 2.0 lub 900 mA dla USB 3.0), a wyższej CCdrutnapięcie (około 0,92V) ) odpowiada zdolności prądowej 1,5A. Jeśli CCdrutnapięcie wynosi około 1,68 V, odpowiednieMzdolność zasilania prądem osiowym wynosi 3A. Istotne dane mogą odnosić się do następującego rysunku



Poniższy rysunek przedstawia przypadek pomiaru, w którym strona zasilania (Source) jest podłączony do strony zużycia energii (Satrament), używając zwykłego USB-C na 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 włożenia. w tym przypadku nie jest w stanie odwróconym, CC1 na końcu źródła i CC1 na końcu zlewu są połączone,po tym, jak napięcie na CC1 zostanie dotknięte przez Rp i Rd, pojawi się nowa wartość, napięcie to zostanie zmierzone przez zlew, a tym samym będzie wiedzieć, jaka jest zdolność zasilania prądowego źródła.

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

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

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



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

Schemat ramki systemu USB typu C wraz z protokołem PD ze źródłabokdo zlewubokpokazano na poniższym rysunku



Jak pokazano na powyższym rysunku, strona źródłowa zawiera konwerter napięcia, który jest kontrolowany przez sterownik PD po stronie źródła. Przetwornica napięcia może być konwerterem Buck, Boost, Buck-Boost lub flyback w zależności od warunków napięcia wejściowego i najwyższych wymagań dotyczących napięcia magistrali. Komunikacja DO za pośrednictwem CCdrutjest również pod kontrolą kontrolera ZUZ. System USB PD wymaga również przełącznika do przełączenia zasilania Vconn na CCdrut.

Po nawiązaniu połączenia rozpoczyna się komunikacja SOP protokołu PD za pośrednictwem CCdrutAby wybrać specyfikację przesyłu mocy,Zlew zapyta o parametry konfiguracji mocy (dane napięcia i prądu magistrali), które może dostarczyć źródło. Ponieważ zapotrzebowanie mocy satramentKoniec jest częstoPowiązanedo urządzenia podłączonego dozlew(np. ładowarka), wbudowany kontroler systemu Satramentend musi komunikować się z kontrolerem PD końca źródłowego w celu określenia odpowiednich specyfikacji.

Poniższy rysunek pokazuje przykład tonącego kontrolera PD żądającego wyższego napięcia magistrali.



Komunikacja między zlewem a źródłem w CCDrut wygląda następująco:

1. SStrona atramentowa ma zastosowanie do uzyskiwania danych możliwości strony źródłowej.

2. Źródło podaje informacje o swoich możliwościach.

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

4. Źródło akceptuje żądanie i modyfikuje napięcie magistrali do odpowiedniego parametru. Podczas zmian napięcia magistrali zużycie prądu przez zlew jest utrzymywane na jak najniższym poziomie. Proces podnoszenia napięcia magistrali na końcu źródła odbywa się zgodnie ze zdefiniowaną prędkością podnoszenia napięcia.

5. Gdy napięcie magistrali osiągnie wartość końcową, źródło będzie czekać na ustabilizowanie się napięcia magistralia następnieWysyłanie sygnału gotowości do zasilaniazlew aW tym momencie zlew może zwiększyć jego bieżące zużycie. Ten sam proces komunikacji ma miejsce, gdy zlew chce, aby napięcie magistrali spadło, podczas spadku napięcia magistrali źródło aktywuje obwód bocznikowy, który szybko zmniejsza napięcie magistrali poprzez aktywne wyładowanie magistrali. Po osiągnięciu wartości znamionowej źródło będzie czekać nieco dłużej na ustabilizowanie się napięcia magistrali przed wysłaniem sygnału gotowości do zasilania do konsumenta

Ta metoda komunikacji zapewnia, że wszelkie zmiany zasilania na magistrali mieszczą się w granicach możliwości źródła i ujścia, unikając niekontrolowanych warunków. Po odłączeniu połączenia typu C wyłącza się również zasilanie magistrali. Anowe połączenie na pewno zrobi wykrywanie połączenia kablowego, a napięcie jest zawsze na 5V, dzięki czemuonomoże uniknąć wysokiego napięcia, gdy jest podłączony z jednego urządzenia do drugiego.

Komunikacja USB PD wykorzystuje Bi-phase Mark Code (BMC), który jest jednowierszowym kodem komunikacyjnym. Transmisja danych 1 wymaga procesu przełączania między wysokimi i niskimi napięciami oraz transmisji danych 0 Jest to stałe wysokie 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). Pakiet, EOC), patrz rysunek poniżej:



Poniższy rysunek pokazuje przebieg komunikacji PD, która wymaga wzrostu napięcia magistrali z gęstej do rozszerzonej. Sekwencję preambuły można zobaczyć z ostatniego rozszerzonego kształtu fali.



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




4.Lista konfiguracji zasilania

Specyfikacja USB PD 3.0 definiuje następującą listę konfiguracji zasilaczy:



Istnieją 4 oddzielne wartości napięcia, które są wstępnie zdefiniowane: 5V, 9V, 15V i 20V. Dla 5V, 9V i 15V maksymalny prąd wynosi 3A. W konfiguracji 20V, jeśli jest normalny, maksymalne dopuszczalne wyjście wynosi 20V / 3A(60W). Jeśli specjalnie dostosowany zElectronicZnak (E-mark)jest używany, odpowiednie dane można powiększyć do 20V / 5A(100W). System, który obsługuje najwyższe napięcie i mococenamusi również obsługiwać wszystkie niższe napięcia i mococenas.


5. zElectronicMark (E-Mark) i Jak działa chip E-Mark?

Specyfikacja USB typu C definiuje różne o różnych specyfikacjach. Nie ma specjalnych wymagań dotyczących USB 2.0 o niskiej prędkości. Ale dla USB 3.1, które obsługująsuperszybka transmisja danych, lub o prądach przekraczających 3A,ElectronicZaznaczyćmuszą być używane. pokazany na poniższym rysunku zawiera układ scalony, którego funkcją jest identyfikacja właściwości. Ten żywy może również zawierać układ scalony do kształtowania sygnału, z których wszystkie wymagają zasilania z VCONNwier.



Vconn w zawierającymElectronicZaznaczyćchip zawiera rezystor pull-down Ra równy 1KΩ, a jego wartość jest mniejsza niż rezystora Rd, który zwykle wynosi 5,1kΩ. Po włożeniu takiego koniec źródła zobaczy spadek napięcia CC1 i CC2. Określona zmiana napięcia powie hostowi, którykoniecjest ściągany w dół przez rezystancję 5,1kΩ końca zlewu,oraz którekoniecjest ściągany w dół przez 1KΩ rezystancja, więc tKierunek wstawianiamożna określić. Efekt pull-down Ra pozwala również stronie źródła wiedzieć, że VCONN potrzebuje zasilania 5V, więc musi dostarczać energię do końca CC, aby spełnić wymagania zasilaniaElectronicZaznaczyć.



Poniższy rysunek przedstawia przypadek testowy,Whichkoniec zasilania (źródło) jest połączony z końcem poboru mocy (zlewy) za pomocą zElectronicZaznaczyć, a jest odwrócony. Można zauważyć, że po podłączeniu CCdrutna końcu źródła jest ciągnięty do bardzo niskiego napięcia przez 1KΩ opór od końca VCONN.

Źródłokoniecwykryje to napięcie i wie, że zawieraElectronicOznacz chip, więc podłączy VCONN 5V do CCdrutdo zasilania wewnętrznego obwodu.

Komunikacja PD, która nastąpi później, będzie obejmować komunikację między źródłem aElectronicZaznaczyć(zwane SOP' lub SOP"),oraz komunikacja między źródłem a zlewem (tzw. SOP)




6.Podwójna rola zasilacza

Niektóre urządzenia USB typu C mogą być używane zarówno jako źródło, jak i zlew i nazywane są urządzeniami obsługującymi podwójne role (Dual Role for Power, DRP). Zaciski CC1 i CC2 tego urządzenia są w stanie naprzemiennie wysokich i niskich poziomów. Przed połączeniem, po nawiązaniu połączenia, zaciski CC obu zmienią się, jak pokazano na poniższym rysunku.


W takim przypadku urządzenie DRP po lewej stronie jest wybrane jako źródło, a urządzenie DRP po prawej jest wybrane jako zlewy. Sytuację tę można również odwrócić, chyba że urządzenie DRP zostało ustawione jako pierwsze źródło (np. gdy jest zasilane przez zewnętrzny zasilacz) lub jako pierwsze zatonięcie (na przykład gdy jest zasilane baterią).

Przełączanie ról zasilania może również wystąpić podczas połączenia, o ile jedno z dwóch urządzeń DRP inicjuje żądanie przełączania ról. Poniższy rysunek przedstawia proces takiego przełączania ról.






 

Copyright 2019 Wszelkie prawa zastrzeżone.

Linki: