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  • USB Battery Charging 1.2

    目前 USB-IF 協會規定,只要有支援 BC 1.2,就必須進行且通過 BC1.2 測試。例如當紅的 USB-C 充電器及使用 USB Type-C 母頭且支援 Power Delivery 的筆電,必須支援 BC1.2,過認證也必須通過 BC1.2 測試。

    » BC 1.2 簡介

    Battery Charging 1.2,簡稱 BC1.2,為 USB-IF 協會在 2010 年 10 月所發布的規範。基於當時 USB 2.0 的 Vbus 供電,最大能供給電流為 500mA,對於攜帶式裝置,如手機,充飽電需要很長的時間。BC1.2 定義可攜式裝置在連接到 USB 主機或集線器上,最大能汲取 1500mA(相對於 USB 2.0 的 3 倍)電流來進行充電,也就是只要原先 1/3 的時間就可以完成充電。

    BC 1.2 主要是藉由 USB 的 D+ 和 D- 進行 BC1.2 偵測,可攜式裝置與 USB 主機或集線器兩者需都支援 BC1.2,完成並確定支援 BC1.2 偵測後,再由 Vbus 提供 1500mA 電流來進行充電。

    » 充電能力比較

    用支援 BC1.2 的手機為例,連接到標準 USB3 筆電(SDP2),以及支援 BC1.2 的 USB3 筆電(CDP3),充電能力有何差異?

    手機在連接到標準 USB3 筆電(不支援 BC1.2),最大所能汲取的電流為 900mA。

    手機在連接後,未配置(Unconfigured),未進入 Suspend 的狀態,最大可汲取電流為 100 mA。
    手機在連接後,已配置(Configured),未進入 Suspend 的狀態,最大可汲取電流為 900 mA(900 mA for USB 3.2, 500mA for USB 2.0)。
    手機在連接後,已配置(Configured),且進入 Suspend 狀態,最大可汲取電流為 2.5 mA。

    而手機接上支援 BC1.2 的 USB3 筆電,就能在未配置的狀況下,汲取最大電流 1.5 A。

    註 1:但特別注意的是,若可攜式裝置的電池處於 Dead 或 Weak 的狀態,根據規範,在未配置的情況下,最大汲取電流為 100 mA。(電池的 Weak 狀態為最低限能啟動裝置的狀態,而電池的 Dead 狀態為不能啟動裝置的狀態)

    註 2:SDP(Standard Downstream Port)為不支援 BC1.2 的標準埠

    註 3:CDP(Charging Downstream Port)為支援 BC1.2 的標準埠

    » 常見的 BC 1.2 種類

    一般的 USB 標準下接埠,Vbus 可提供 500mA(USB2.0)或 900mA(USB 3.2),BC1.2 充電埠則可以提供 1.5A 的充電。BC1.2 充電埠又可分為支援 USB Data 的充電下接埠 CDP,與專用充電埠 DCP。

    • CDP(Charging Downstream Port 充電下接埠):具有更強充電能力的 USB Port。它具有 USB 資料傳輸,且能供給 BC1.2 可攜式裝置最大電流為 1.5 A。
    • DCP(Dedicated Charging Port 專用充電埠):是沒有 USB 資料傳輸功能的 CDP,它可以提供給 BC1.2 可攜式裝置 4.75V~5.5V 的電壓及 1.5A 的充電電流。DCP 會將其 D+和 D-間跨接電阻 R。
    • ACA(Accessory Charger Adaptor):ACA 具有一個 Charger Port 連接充電器,一個 OTG Port 連接可攜式裝置,及一個 Accessory Port 連接其他裝置。ACA 使得可攜式裝置在充電的同時,也能連接上其它的裝置。
    • ACA-Dock:ACA-Dock 具有一個 Upstream Port(為 Micro-A plug),一個以上或沒有 Downstream Port。可攜式裝置連接到 ACA-Dock Upstream Port 可以汲取最大 1.5 A 的電流。ACA 和 ACA-Dock 最大的區別在於ACA 有支援 OTG Port 能連接作為 A-Device 或 B-Device 的可攜式裝置。

    » SDP、CDP 與 DCP 比較

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    » 判定支援 BC1.2 充電 5 步驟

    我們用支援 BC1.2 的手機為例,手機要如何知道自己現在是接上一個 SDP 或是支援 BC1.2 的 CDP 或 DCP 呢?以下為簡易的流程圖:

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    1. VBUS Detect:

    手機接上 USB 充電埠,當手機偵測到 Vbus 電壓,大於內部的有效電壓閥值,則表示手機接上一個有效的電路。

    1. Data Contact Detect(DCD):

    手機偵測連接上充電埠是否有支援,手機在 D+ 上輸出電流(IDP_SRC),然後檢測在 D-上電壓值,來確認 D+/D- 接腳是否成功連接。由於手機並沒有被要求一定要支援 DCD,因此產生另一種機制來做判定: 手機會等一段時間(TDCD_TIMEOUT)後,進入步驟 3 偵測。DCD 的好處是,在判斷成功連接後,可立即進入步驟 3 偵測,省去等待的時間。

    1. Primary Detection:

    手機偵測連接上充電埠是否有支援 BC1.2,也就是偵測接上的是 SDP 或是 CDP/DCP。手機會在 D+上提供一個電壓(VDP_SRC),然後比較 D-上的 VDM與 VDAT_REF 電壓。

    a) 若 VDM大於 VDAT_REF,則可能是連接上 CDP 或 DCP,繼續步驟 4 偵測。

    b) 若 VDM小於 VDAT_REF,則是接上了 SDP,結束判斷。

    1. Secondary Detection:

    二次偵測要確定手機接上的 BC1.2 充電埠是否具備 USB Data 功能(DCP or CDP)。手機在 D-上提供一個電壓(VDM_SRC),然後比較 D+上的電壓 VDP 與 VDAT_REF 電壓。

    a) 若 VDP 大於 VDAT_REF,則此時連接上的是 DCP

    b) 若 VDP 小於 VDAT_REF,則此時連接上的是 CDP

    1. ACA Detection:

    針對可攜式裝置有 Micro-AB 插座,才進行 ACA Detection。可攜式裝置偵測是否接上 ACA 充電埠,並且判斷接上 ACA 為何種 Device 類型,其主要透過偵測 ID pin 上五種不同的電阻來做判斷。

    » 接下來,將透過以下三個案例來了解 BC1.2 手機如何判斷接上 SDP, CDP, 或 DCP

    – 案例(一)BC1.2 手機接上 SDP 標準下接埠(不支援 BC1.2)

    SDP Detection

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    a. 手機 (Portable Device) 接上 SDP,偵測到接上 VBUS (VBUS > VOTG_SESS_VLD)

    b. DCD detect timeout

    c. 手機在 D+ 上提供一個電壓 VDP_SRC (0.5V~0.7V),經由 SDP 上的 RDP_DWN(14.25~24.8kΩ) 到地,然後比較 D- 上的 VDM 與 VDAT_REF 電壓。

    i). 此時 VDM =0 V,VDM(0V)小於 VDAT_REF(0.25V~0.4V),則是接上了 SDP,結束判斷。

    – 案例(二)BC1.2 手機接上 CDP 下接充電埠

    CDP Detection

    image

    a. 手機接上 CDP,偵測到接上 VBUS(VBUS > VOTG_SESS_VLD)

    b. DCD detect timeout

    c. Primary Detect(上圖左):手機在 D+上提供一個電壓 VDP_SRC(0.5V~0.7V),經由 CDP 上的 RDP_DWN(14.25~24.8kΩ) 到地

    i). CDP 偵測 D+=VDP_SRC(0.5V~0.7V),然後在啟用 CDP 的 VDM_SRC (0.5V~0.7V)
    ii). 手機偵測 D-=VDM_SRC (0.5V~0.7V),大於 VDAT_REF(0.25V~0.4V),則是接上 CDP 或 DCP

    d. Secondary Detect(上圖右):手機在 D- 上提供一個電壓 VDM_SRC (0.5V~0.7V)

    i). 此時 D+ ≈0 V,手機 DCP_DET 偵測 D+小於 VDAT_REF(0.25V~0.4V),則此時連接上的是 CDP

    ii). 然後手機關閉 VDP_SRC 與 VDM_SRC,讓 D+和 D-都保持低電位

    – 案例(三)BC1.2 手機接上 DCP 專用充電埠

    DCP Detection

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    a) 手機接上 DCP,偵測到接上 VBUS (VBUS > VOTG_SESS_VLD)

    b) DCD detect timeout

    c) Primary Detect (上圖左): 手機在 D+ 上提供一個電壓 VDP_SRC (0.5V~0.7V),經由 DCP 上的 RDCP_DAT(<200Ω) 到 D-

    i. 手機偵測 D- ≈ VDP_SRC (0.5V~0.7V)電壓,大於 VDAT_REF(0.25V~0.4V),則是接上了 CDP 或 DCP(RDCP_DAT 最大壓降為 200Ω x 175μA= 0.035V)

    d) Secondary Detect(上圖右): 手機在 D-上提供一個電壓 VDM_SRC(0.5V~0.7V),經由 DCP 上的 RDCP_DAT(<200Ω) 到 D-,開啟 IDP_SINK(25μA ~175μA)

    i. 手機偵測 D+ ≈ VDM_SRC(0.5V~0.7V)電壓,大於 VDAT_REF(0.25V~0.4V),則此時連接上的是 DCP(RDCP_DAT 最大壓降為 200Ω x 175μA= 0.035V)

    ii. 然後手機開啟 VDP_SRC

    » BC 1.2 測試內容

    BC1.2 測試是主要是確認 BC1.2 溝通正確,以及 Vbus 供電的品質,測試項目如下:

    -CDP 的認證測項

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    -DCP 的認證測項

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    » 結論

    在現今講求效率的時代,USB Type-C Power Delivery 可以支援高達 240W 的充電,但也相對考量到向下相容性問題,尤其是針對攜帶式裝置。BC1.2 所定義的充電埠使得可攜式裝置能汲取更多的電流,意味著能進行更快速的充電。BC1.2 也為其後的快充技術奠定了基礎。當今具有充電功能的產品也多被要求支援 BC1.2,了解 BC1.2 的基本運作原理和測試項目,能減少設計上遇到的問題,並且順利通過測試。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/15180406.html
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