【導讀】快充，顧名思義就是給手機快速充電，通過軟 / 硬件技術(shù)手段，調(diào)整手機的電壓與電流的輸入值，進而縮短手機的充電時間，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。
一、快充協(xié)議簡介
快充，顧名思義就是給手機快速充電，通過軟 / 硬件技術(shù)手段，調(diào)整手機的電壓與電流的輸入值，進而縮短手機的充電時間，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)范快充標準，USB-IF(USB 標準化組織)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)議進行電壓調(diào)整，而谷歌也宣布 Android7.0 以上的手機搭載的快充協(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，帶你全面認識手機快充。
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，它可以使目前默認最大功率 5V/2A 的 type-c 接口提高到 100W 功率。并且可以進行雙向甚至組網(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）進行半雙工通信,從而實現(xiàn)手機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（主設備）和 USBOTG（做從設備）。
當電纜接通之后，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
以手機端和適配器的 9V 充電為例，整體過程如下：
USB OTG 端（從設備：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 設備管理器，申請獲取 SOURSE 端能提供的規(guī)格資料；
2. SOURCE 端回復能提供的規(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 9V 并達到穩(wěn)定進行充電；
手機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，可以使用分析儀進行分析，也可以用帶有協(xié)議解碼功能的示波器進行直接解碼，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 512M 的大存儲機制下，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 放大波形細節(jié)，觀測瞬時信號變化，大大提升了工程師的測試便捷性。
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