一、快充協(xié)議簡介
快充,，顧名思義就是給手機(jī)快速充電,，通過軟/硬件技術(shù)手段，調(diào)整手機(jī)的電壓與電流的輸入值,，進(jìn)而縮短手機(jī)的充電時間,，打破以往傳統(tǒng)的5V/1A模式。提升充電速度的方式無非三種：電流不變,，提升電壓;電壓不變,，提高電流;電壓、電流兩者都提高,。
隨著市場的需求擴(kuò)張,，目前市面上高電壓恒定電流、低電壓高電流,、高電壓高電流三種模式都已經(jīng)出現(xiàn)并完善起來,。對于這三種模式，每個廠商都有不同的選擇,，因此衍生出了多種快充協(xié)議,。目前較為主流的有PD快充，高通的QC2.0/3.0,，聯(lián)發(fā)科的PE協(xié)議,，oppo、vivo的閃充,、華為的SCP等,。為規(guī)范快充標(biāo)準(zhǔn)，USB-IF(USB標(biāo)準(zhǔn)化組織)發(fā)布了USB PD 3.0的重要更新,，旨在一統(tǒng)快速充電技術(shù)規(guī)范方案,，并且不允許USB接口通過非USB PD協(xié)議進(jìn)行電壓調(diào)整，而谷歌也宣布Android7.0以上的手機(jī)搭載的快充協(xié)議必須支持PD協(xié)議,，更是加快了PD一統(tǒng)快充協(xié)議江湖,。下面我們就以USB-PD為例，帶你全面認(rèn)識手機(jī)快充,。
二,、USBPD充電原理
USB-PowerDelivery(USBPD)是由USB-IF組織制定的目前主流的快充協(xié)議之一，它可以使目前默認(rèn)最大功率5V/2A的type-c接口提高到100W功率,。并且可以進(jìn)行雙向甚至組網(wǎng)的電能傳輸,，具備系統(tǒng)級供電方案,。
圖 1 USBPD通信線纜
USBPD通信通過VBUS上交流耦合的FSK信號的調(diào)制(24MHz)進(jìn)行半雙工通信,從而實現(xiàn)手機(jī)和充電器的充電過程。
SOURCE端和SINK端分別代表適配器端和手機(jī)內(nèi)部芯片SINK控制器,從USB通信傳輸角度可以理解為USBHOST(主設(shè)備)和USBOTG(做從設(shè)備),。
當(dāng)電纜接通之后,，PD協(xié)議的SOP通信就開始在CC線(type-c接口通信配置通道)上進(jìn)行，以此來選擇電源傳輸?shù)囊?guī)格,，此部分由SINK端向SOURCE端詢問能夠提供的電源配置參數(shù)(5V/9V/12V/15V/20V),。
圖 2 包含USBPD協(xié)議的Type-c系統(tǒng)充電原理框圖
以手機(jī)端和適配器的9V充電為例，整體過程如下：
USB OTG端(從設(shè)備：適配器端)監(jiān)控VBUS上電壓狀態(tài),，如果有VBUS的5V電壓存在并且檢測到OTG的ID腳是1K下拉電阻則說明該電纜支持USBPD通信,，此時通信過程開始。
圖 3 PD通信波形電平變化
1. SINK端發(fā)起SOP(起始段),，啟動SOURSE端USBPD設(shè)備管理器,，申請獲取SOURSE端能提供的規(guī)格資料;
2. SOURCE端回復(fù)能提供的規(guī)格列表,，即根據(jù)USBPD規(guī)范解析該消息得出適配器所支持的所有電壓和電流列表對;
3. SINK端回復(fù)選擇的電壓規(guī)格,，即選擇一個電壓和電流對，并帶上所需要的電流參數(shù),，發(fā)出相應(yīng)的請求;
4. SOURSE端適配器內(nèi)部解碼轉(zhuǎn)換后接受請求,，調(diào)整適配器輸出，把VBUS線纜上由5V抬升到9V;
5. 手機(jī)收到消息后,，SINK端會調(diào)整充電電壓和電流,，待SOURSE端的VBUS線纜到達(dá)9V并達(dá)到穩(wěn)定進(jìn)行充電;
手機(jī)在充電過程中可以動態(tài)發(fā)送消息來請求充電器改變輸出電壓和電流，從而實現(xiàn)快速充電的過程,。
三,、USB PD協(xié)議解析規(guī)劃
PD協(xié)議的通信編碼為Bi-phase Mark Coded (BMC)，通過CC腳進(jìn)行通信,，如圖所示,。
圖 4 BMC通信線纜
BMC碼是一種單線通信編碼，數(shù)據(jù)1的傳輸,，需要有一次高/低電平之間的切換過程,，而0的傳輸則是固定的高電平或者低電平。每一個數(shù)據(jù)包都包含有0/1交替的前置碼,，所有的PD傳輸流程,，都是以SOP Packet開始，起始碼(SOP),，報文頭,，數(shù)據(jù)位，CRC以及結(jié)束碼(EOP),。
圖 5 PD傳輸數(shù)據(jù)
BMC編碼的通信,，從數(shù)據(jù)流的測試節(jié)點開始，可以使用分析儀進(jìn)行分析，也可以用帶有協(xié)議解碼功能的示波器進(jìn)行直接解碼,，抓取每個數(shù)據(jù)包,，并且獲得數(shù)據(jù)包的報文參數(shù)。
圖 6 協(xié)議規(guī)劃
如圖所示即為使用示波器在測試節(jié)點所獲取的CC腳上PD通信波形,。由此可看出,，BPD協(xié)議的位數(shù)較多，解碼較為復(fù)雜,，而通過示波器的協(xié)議解碼功能,，可將完整報文在短時間內(nèi)迅速解出，大大提升了工程師的工作效率以及直觀的體驗,。
圖 7 ZDS示波器 USBPD解碼
圖 8 PD協(xié)議控制下的電壓抬升過程
圖 9用雙ZOOM模式分析PD各段解碼協(xié)議
目前ZDS系列示波器不僅能夠支持USBPD的協(xié)議解碼,，并且也支持QC2.0/3.0協(xié)議的解碼，可以滿足目前主流快充協(xié)議的解碼需求,，并且在其高達(dá)512M的大存儲機(jī)制下,，可支持超長時間的解碼還原真實波形，完整監(jiān)控通信過程;且具有雙ZOOM分析功能,，可用主時基捕獲需要統(tǒng)計數(shù)據(jù)的波形,，通過Zoom1定位一段時間的特征值，再由Zoom2放大波形細(xì)節(jié),，觀測瞬時信號變化,，大大提升了工程師的測試便捷性。