隨(sui)著Type-C接(jie)口在手機、電腦等便攜設備上普及，日常(chang)使用中或(huo)許會遇到如(ru)下(xia)問(wen)題。
1. 為什(shen)么這個(ge)Type-C充電器充電這么慢？
2. 電腦的Type-C充電器能給手機充電嗎？
3. PD充(chong)電？Type-C充(chong)電？有什(shen)么區別？
要解答(da)以上幾個問(wen)題，就得(de)了(le)(le)解一下基(ji)本設(she)計了(le)(le)。
快充 VS 慢充
普通充電，使用USB Type-A Standard接口轉USB Type-B Micro接口的連接線給手機充電。
充(chong)電頭端(duan)的(de)USB Type-A Receptacle作為電源(yuan)輸(shu)入端(duan)，連接手機端(duan)的(de)USB Type-B Micro接口作為電源(yuan)輸(shu)出(chu)端(duan)。
在(zai)沒有充(chong)電協議(yi)的加(jia)持下，充(chong)電器最大只能對(dui)外提供(gong)5V@900mA（USB3.0 是 900mA，USB2.0是500mA）的充(chong)電功率。
這是USB Type-A/B接(jie)口(kou)的(de)(de)硬件(jian)設計規范，那(nei)么這樣的(de)(de)設計最大提供 4.5W的(de)(de)充電功率。
使用USB Type-A Plug 轉USB Type-C Plug的連接線給手機充電。
充電(dian)頭端(duan)的(de)USB Type-A Receptacle作(zuo)為(wei)電(dian)源(yuan)輸入端(duan)，連接手機端(duan)的(de)USB Type-C接口作(zuo)為(wei)電(dian)源(yuan)輸出端(duan)。
Type-C接口規定，Power Source端供電能(neng)力取決于(yu)cc上的Rp電阻。
Power Sink端cc下(xia)拉(la)Rd=5.1K，根據cc分(fen)壓即可(ke)確定Power Source端的供電能(neng)力。
一般來(lai)說，Type-A Plug轉Type-C Plug的(de)(de)連接(jie)線，Type-C端(duan)的(de)(de)Rp會聲明其支持5V@3A的(de)(de)供電(dian)，但是得配套專(zhuan)用的(de)(de)充電(dian)頭。
由(you)于轉(zhuan)接(jie)線(xian)和充(chong)電(dian)頭(tou)(tou)可(ke)能不(bu)是配套的(de)。如(ru)果充(chong)電(dian)頭(tou)(tou)端的(de)USB Type-A Receptacle只(zhi)能提供(gong)5V@900mA，那么(me)即使(shi)轉(zhuan)接(jie)線(xian)Type-C Plug端Rp聲明為 5V@3A，也沒法給手機最大提供(gong)5V@3A的(de)充(chong)電(dian)功率，還有可(ke)能損壞充(chong)電(dian)頭(tou)(tou)。
在沒有(you)充電(dian)協議的加持下(xia)，Type-C轉接(jie)線最大可(ke)以(yi)支持 5V3A的充電(dian)功(gong)率，即最大15W的充電(dian)功(gong)率。
這就是Type-C充(chong)電，屬(shu)于硬件設計規范(fan)。
快速充電
實際(ji)上(shang)，不(bu)管是Type-C接(jie)口，還是Micro USB接(jie)口，都出現過支持超過硬件接(jie)口設(she)計規范充電(dian)功率產(chan)品。
這些都是快充協議的(de)功勞，而且大都是利用轉接線中的(de)USB2.0 D+/-兩個線完(wan)成通訊。
注意，這里的(de)通(tong)信(xin)不(bu)是USB通(tong)信(xin)，只是利用(yong)D+/-兩根線(xian)，設(she)計(ji)的(de)通(tong)訊(xun)協(xie)議而已。這種(zhong)協(xie)議屬于私有(you)協(xie)議，各家設(she)計(ji)均不(bu)相同，詳(xiang)細協(xie)議此文(wen)不(bu)作(zuo)介紹。
但是(shi)，快充(chong)(chong)的原理(li)都(dou)是(shi)通(tong)過私有協(xie)議(yi)協(xie)商(shang)后(hou)，充(chong)(chong)電(dian)(dian)器端會(hui)提高充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流或者(zhe)充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓，以滿足設備快充(chong)(chong)。
手機市場巨大，各家雖然(ran)都(dou)采用同樣的Type-C接(jie)口作為充電接(jie)口，但是基本都(dou)設(she)計了自(zi)家的私有快充協議。
關(guan)于(yu)手機的快(kuai)充(chong)，有三點是關(guan)鍵(jian)。充(chong)電頭、充(chong)電線、充(chong)電設備(bei)。
以某手(shou)機為例(li)，支持最(zui)新(xin)的(de)FCP快(kuai)充(chong)(chong)協議，在(zai)使用原裝充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)器和充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)線的(de)情況(kuang)下，最(zui)大(da)支持66W充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)，就(jiu)是所謂的(de)超級快(kuai)充(chong)(chong)。充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓達(da)(da)到11V，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流最(zui)大(da)達(da)(da)到6A。
連接(jie)充(chong)(chong)電后，首先充(chong)(chong)電頭(tou)端(duan)會(hui)發(fa)起FCP快(kuai)充(chong)(chong)識別(bie)協議，同時(shi)充(chong)(chong)電線(xian)的(de)接(jie)頭(tou)里面也設計有(you)識別(bie)IC。當充(chong)(chong)電頭(tou)通過FCP協議正確(que)識別(bie)了手機(ji)和充(chong)(chong)電線(xian)后，手機(ji)充(chong)(chong)電才會(hui)進入超級快(kuai)充(chong)(chong)。
為(wei)了實(shi)現66W超級快充，充電線(xian)材需要承受6A的大電流(liu)，因此(ci)必須設計一個識別 IC，防止(zhi)使(shi)用普通(tong)線(xian)材發熱起火（充電線(xian)接口也設計為(wei)橘黃色和普通(tong)線(xian)材做出(chu)區分）。
當使(shi)用的充(chong)(chong)電(dian)頭，或者充(chong)(chong)電(dian)線不是原裝的，都只能實(shi)現普通充(chong)(chong)電(dian)模式。手機同時支持PD快充(chong)(chong)，顯(xian)示為快速充(chong)(chong)電(dian)。原裝充(chong)(chong)電(dian)器加充(chong)(chong)電(dian)線才會(hui)顯(xian)示為超級快充(chong)(chong)。
這就(jiu)是為什么充(chong)電(dian)器或者充(chong)電(dian)線不原裝的(de)(de)話，充(chong)電(dian)速度很(hen)慢的(de)(de)原因(yin)。
PD快充
PD全(quan)稱Power Delivery，是(shi)USB-IF協(xie)會設(she)計并推廣的(de)一種快充(chong)協(xie)議，以(yi)解決移動電子(zi)設(she)備(bei)(bei)快充(chong)協(xie)議混亂的(de)局(ju)面。當前(qian)PD3.1協(xie)議可(ke)以(yi)最(zui)大支(zhi)持 240W的(de)充(chong)電功率，幾(ji)乎涵蓋了所有(you)的(de)移動電子(zi)設(she)備(bei)(bei)。
支持PD快充(chong)，必(bi)須采用USB-C to USB-C的(de)連接線，因(yin)為PD快充(chong)是(shi)基于PD協議實現(xian)的(de)。
PD協(xie)議是在Configuration Channel上實現的，即下圖(tu)中的A5或者B5。
USB Type-A轉 USB Type-C充電線中是沒有cc通(tong)訊的。
如下圖，當(dang)充電設備通(tong)過USB-C to USB-C的充電線連(lian)接(jie)后，雙方的cc都會連(lian)接(jie)。
經過Power Negotiate后，充電(dian)(dian)器端會(hui)提高供(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓或(huo)者電(dian)(dian)流，以實現快充。
圖片來源(yuan)于USB協(xie)會官網(wang)開源(yuan)技術(shu)文檔(dang)
PD在(zai)Power Negotiate上比(bi)較簡單。如下是筆(bi)記本電(dian)腦的Type-C接(jie)口(kou)上的cc 通訊。
1. Power Source端發送Source Capability（包含1-4組Power Level）
2. Power Sink根(gen)據自身需求(qiu)請求(qiu)一(yi)組合適(shi)的Power Level
3. Power Source安裝 Power Sink請(qing)求提升(sheng)電壓，設(she)置限流閾值(zhi)即可
抓取PD通(tong)信波形，以及Vbus變(bian)化情況(kuang)，如(ru)下圖。
當然，PD協(xie)議(yi)(yi)不僅僅會(hui)完成Power Negotiate，還(huan)會(hui)繼續完成AltMode配置，實現(xian)DP、TBT、USB4、PCIe 等高速(su)協(xie)議(yi)(yi)的通道配置。
筆記本(ben)的(de)充(chong)(chong)電需(xu)求一(yi)般在45W-90W，因此Type-C接口就是第一(yi)選(xuan)擇，同(tong)時支持 PD快(kuai)充(chong)(chong)協議。
一個(ge)USB-C口就可以(yi)實現USB+DP+PD全功能。
顯然筆記本電(dian)腦使用的 Type-C充電(dian)器也采用了PD快充協議，其(qi)對外有 4 組(zu)供電(dian)等級聲明。
那么用它對(dui)手機(ji)充電時，手機(ji)請(qing)求合適的充電等(deng)級(ji)即(ji)可。
多協議兼容
私有協議(yi)(yi)各有優勢(shi)，但是互不(bu)兼容。當Power Source端和Power Sink端的(de)快充協議(yi)(yi)不(bu)一致，那么就猶如雞同(tong)鴨講，無法(fa)實現(xian)快充了(le)。
事實上，私有快充協議不(bu)兼(jian)容問題已經(jing)有工程師提出了(le)解決(jue)方案，那就是多(duo)協議解碼器。
通信協議實質上就是一定規則(ze)的電平變(bian)化(hua)，那么(me)使(shi)用軟件(jian)配合 MCU 必然可以實現多(duo)協議兼容。如(ru)果Power Source端或者 Power Sink 端采用了(le)多(duo)協議解(jie)碼器，就如(ru)同(tong)學習了(le)多(duo)門“方言(yan)”。不管是“廣東話”還(huan)是“陜(shan)西話”，協議解(jie)碼器都能(neng)“說” 或者 “聽”。
芯海(hai)科技針(zhen)對多協(xie)議充電推出完整的解決(jue)方案。
CS32G020系列是芯海(hai)科技推出的支(zhi)持USB Type-C和PD3.0協議的USB Type-C控制器，可應用于PC電源適配器、手機充電器、移動電源、車充、HUB 等領域。
CS32G020內(nei)嵌 ARM? Cortex?-M0 內(nei)核，主頻(pin)最高 48MHz，可(ke)以支持很廣范(fan)圍的工(gong)業(ye)控制應(ying)用(yong)和(he)需要高性(xing)能(neng) CPU 的場(chang)合。內(nei)置 64K 字節(jie)程(cheng)序flash，數(shu)據flash 大小可(ke)配置(與程(cheng)序flash共(gong)享) ,4K 字節(jie) LDROM，8K 字節(jie) SRAM。CS32G020 封裝包括 QFN24 和(he) QFN32。
CS32G020支持PD、QC4.0、SCP、FCP、AFC等快(kuai)充協議。
此外，芯海(hai)旗下可適用電源(yuan)PD快充(chong)應用的典型芯片有(you)CSU3AF10、CPW3301等多款產(chan)品(pin)。
CSU3AF10是一款(kuan)廣泛適用(yong)(yong)于移(yi)動電源(yuan)、儲能電源(yuan)、無線充、車(che)充等(deng)應用(yong)(yong)領域(yu)的(de)通用(yong)(yong)型(xing)、單通道(dao)PD快(kuai)充控制(zhi)器(qi)，內嵌(qian)MCU，主頻最(zui)高24MHz，內置(zhi)64KB Flash，是CS32G020的(de)精簡版本(ben)，在保(bao)留相應的(de)核心功能基礎上，新增(zeng)了USB PD3.1、UFCS等(deng)協議的(de)支持。
CPW3301是一款(kuan)適用于充(chong)電(dian)器、適配(pei)器等(deng)應用領域的高性能、高集成(cheng)度(du)的Type-C PD控制器，可用于USB-A 和TYPE-C雙(shuang)端口輸出的快充(chong)協議IC，集成(cheng)恒(heng)壓、恒(heng)流、以及恒(heng)溫控制環(huan)路，集成(cheng)高精度(du)的電(dian)流采樣和電(dian)荷(he)泵電(dian)路。
芯海(hai)科技的(de)(de)PD快充芯片內置MCU架構(gou)與私有協議PHY，擁有性(xing)能強(qiang)大(da)、功(gong)能全(quan)面、功(gong)耗低及強(qiang)加密(mi)的(de)(de)安全(quan)措施(shi)。同時，芯海(hai)完善的(de)(de)Smart PD開(kai)發生態(tai)，具(ju)有檢測(ce)精度高、資源豐富、協議靈活與兼容性(xing)好、豐富的(de)(de)參(can)考資料、高效易用的(de)(de)開(kai)發工具(ju)等(deng)優(you)勢，能夠(gou)為(wei)終(zhong)端(duan)電源產品提供全(quan)方(fang)位(wei)解決方(fang)案。