Каков идеальный способ обработки выводов данных D + и D- на адаптере питания USB для обеспечения быстрой зарядки на устройствах?

Я обнаружил, что многие настенные зарядные устройства USB используют резистивный делитель напряжения, чтобы установить D + и D- контакты на определенное напряжение, обычно от 2 до 3 вольт. Другие настенные зарядные устройства USB закорачивают контакты D + и D- вместе, не подключаясь ни к чему другому. По моему опыту, некоторые устройства не будут принимать скорость зарядки выше 500 мА на зарядных устройствах, использующих делители напряжения, но будут заряжать до своего максимального входа на зарядном устройстве с закороченными контактами данных. Я читал вещи, которые предполагают, что обратное тоже может быть правдой, но не смог проверить это. Я надеюсь выяснить, какой метод обеспечивает наилучшую совместимость со всеми USB-устройствами.

Каков идеальный способ обработки выводов данных D + и D- на адаптере питания USB для обеспечения быстрой зарядки на устройствах? ... Я надеюсь выяснить, какой метод обеспечивает наилучшую совместимость со всеми USB-устройствами.

Для практических целей невозможно сделать действительно универсальное зарядное устройство, используя любую комбинацию неизменяемых коротких замыканий или резисторов на зарядном устройстве USB или линиях передачи данных целевого устройства, потому чтовы боретесь с производителями, которые пытаются помешать вам делать именно то, что вы пытаетесь сделать. Например, Apple реализует ряд схем управления зарядкой с использованием различных комбинаций резисторных делителей, расположенных таким образом, что только «совпадающий» источник питания и целевое оборудование будут работать вместе. Хотя могут быть выдвинуты аргументы в пользу того, что такие устройства обеспечивают оптимальные характеристики зарядки, неясно, как это может быть в случае литий-ионных / литий-полимерных аккумуляторов, и многие другие производители могут использовать более чем достаточную степень контроля зарядки, что достигается без использования такие техники. Пример одной такой договоренности Apple приведен ниже.

Однако, идя по стопам тех, кто уже исследовал эту область, вы можете достичь достаточно хорошего компромисса.

Многие производители не публикуют спецификации своих пользовательских устройств, и лучшее, что вы можете сделать, это либо проанализировать свою продукцию самостоятельно, либо поучиться у тех, кто уже сделал это, и которые любезно предоставляют свои знания.

Одним из таких источников является документация на USB зарядное устройство Mintyboost для фруктов Lady ADA / ADA.
Это скорее сага, чем учебник !!! :-). Вы можете начать с конца и вернуться к работе, чтобы узнать, как последняя версия использует то, что они знают, для максимальной совместимости запуска с ранних учетных записей и следования их пути разработки. Оба подхода действительны в зависимости от того, сколько вы хотите знать.

Главная страница Mint Boost
Обзор Обзор
процесса проектирования - полезного для дизайнеров

Здесь «Тайны зарядки устройств Apple» рассказывают о тайнах зарядки устройств Apple, а также о некоторых других полезных материалах.

Тьфу / Вау! - один резистор Apple. Это от официального зарядного устройства iPhone 3GS:

Вот их список совместимости версии 2, на который стоит обратить внимание, если вы пытаетесь найти универсальное решение, поскольку в нем приведен ряд примеров, в которых стандартное зарядное устройство НЕ работает, но где «взлом кабеля» позволяет ему работать полностью или частично.

Например, приведенное выше приведёт вас к особым случаям, таким как «взлом» Samsung серии D здесь или модификации RAZR V3 здесь

Вот список результатов с использованием Minty Boost версии 3 с целым рядом мобильных телефонов.
Если вы будете эмулировать их интерфейс, вы сможете добиться аналогичной совместимости.

____________________________________

Обновление - конец 2016 года:

USB выделенные контроллеры портов зарядки:

Пользователь SE florisla отметил существование «новых» микросхем, нацеленных на предоставление возможностей USB-порта для зарядки. В качестве примера он отмечает TI
«TPS2513A-Q1, TPS2514A-Q1 USB, выделенный контроллер порта зарядки»

Лучший способ обобщить его возможности - это просмотреть резюме, приведенное в его техническом описании, - см. Ниже:

Я обнаружил, что эта страница четко отвечает на ваш вопрос. Я цитирую соответствующие части ниже.

BC1.2 описывает три различных типа USB-порта и два ключевых прозвища. «Зарядный» порт - это тот, который обеспечивает токи выше 500 мА. «Нисходящий» порт сигнализирует данные в соответствии с USB 2.0. Спецификация BC1.2 также устанавливает, как каждый порт должен отображаться для конечного устройства, и протокол для определения, какой тип порта реализован. Три типа портов USB BC1.2 - SDP, DCP и CDP (см. Рисунок 1):

1. Стандартный нисходящий порт (SDP) Этот порт оснащен резисторами 15 кОм на линиях D + и D-. Пределы тока соответствуют тем, которые обсуждались выше: 2,5 мА в режиме ожидания, 100 мА в случае подключения и 500 мА в случае подключения и настройки для более высокой мощности.
2. Выделенный порт зарядки (DCP) Этот порт не поддерживает передачу данных, но способен подавать зарядные токи свыше 1,5 А. Он имеет короткое замыкание между линиями D + и D-. Этот тип порта позволяет использовать настенные зарядные устройства и автомобильные зарядные устройства с высокой зарядной способностью без необходимости перечисления.
3. Нисходящий порт (CDP) Этот порт позволяет выполнять как сильную зарядку, так и передачу данных, полностью совместимую с USB 2.0. Он оснащен резисторами 15 кОм, необходимыми для связи D + и D-, а также имеет внутреннюю схему, которая включается во время фазы обнаружения зарядного устройства. Эта внутренняя схема позволяет портативному устройству отличать CDP от других типов портов.

Даже при наличии спецификации BC1.2 некоторые производители электроники разрабатывают собственные протоколы для своих специализированных зарядных устройств. Когда вы подключаете одно из их устройств к полностью совместимому порту зарядки BC1.2, вы все равно можете получить сообщение об ошибке «Зарядка с этим аксессуаром не поддерживается». Несмотря на это сообщение, эти устройства могут все еще заряжаться, но токи заряда могут быть чрезвычайно малы. К счастью, почти все эти запатентованные специальные зарядные устройства идентифицируют себя по уровню постоянного тока, установленному на линиях D + и D- резистором-делителем между 5 В и землей.

Добавленный комментарий:
можно считать, что уровни сигнала данных составляют 0,0–0,3 В для логического низкого уровня и 2,8–3,6 В для логического высокого уровня. Без сети деления напряжения на два закороченных контакта данных напряжение на них свободно плавать. Несмотря на то, что витые провода данных обеспечивают некоторую защиту от паразитных электромагнитных сигналов, они все же могут потенциально вызывать непредсказуемые напряжения в линии. С другой стороны, сеть деления напряжения ограничивает напряжение до безопасного уровня 2,5 В.

Для получения более подробной информации посетите страницу, которую я получил, или посмотрите PDF-файл USB.org, описывающий спецификацию USB Battery Charging BC 1.2.

Обновление 2017 года:

Не существует идеального способа обработки выводов USB для обеспечения совместимости и «быстрой зарядки». Может быть много разных зарядных устройств, и есть много USB-устройств / телефонов / планшетов, которые требуют зарядки. Исторически сложилось два подхода:

1. Устройство является «умным устройством». Он пытается обнаружить различные сигнатуры порта, к которому он подключен, и выбирает правильный режим зарядки для себя. Устройство, очевидно, делает это последовательно, и требуется время, чтобы пройти через тайм-ауты.

2. Порт зарядки - это умный порт. Эта идея была реализована в некоторых чипах TI и концентраторах SMSC / Microchip. Идея порта зарядки была / заключалась в том, чтобы утверждать различные сигнатуры портов зарядки (Apple 2 / 2,7 В, Sony, последовательное соединение по BC1.1, BC1.2 или выделенное зарядное устройство / стандарт Китая и т. Д.) По одной. Опять же, поскольку не было никакой возможности получить надежную обратную связь о том, что сигнатура зарядного устройства является правильной для конкретного устройства (кроме измерения потребляемого / потребляемого тока), последовательность занимает много времени, требует перезагрузки VBUS при выключении, и т. д. Более того, аккумулятор USB-устройства может находиться в нескольких разных состояниях зарядки (разряженный, слабый, полностью заряженный и т. д.), потребляемый ток не может быть надежным индикатором чего-либо, время ожидания системы становится неопределенным, поэтому поиск Алгоритм / switch не может дать ничего хорошего.

Настоящая проблема возникает, когда порт и устройство пытаются быть «умными». Тогда все облажается, и все ставки сняты.

Спецификации 1.2 USB Battery Charging пытались наложить ограничение: порт является пассивным, и устройство инициирует последовательную сигнатуру и измеряет реакцию порта, и только тогда устройство переходит в режим полного потребления (если это необходимо). Предел был VBUS = 5V.

Метод QualComm QC (быстрая зарядка) пошел еще дальше и позволяет увеличить стандартное напряжение USB с 5 В до 9, 12, 15 и 20 В. После того, как устройство выдает некоторую последовательность сигналов низкого уровня на D + / D-, оно затем сообщает зарядному устройству, какой уровень напряжения оно может принять, путем подачи определенных комбинаций постоянных напряжений на проводах D + и D-. Это очень простой метод.

Новые спецификации USB Power Delivery предоставляют средства для того, чтобы порт и устройство были действительно умными. Первоначальная спецификация требовала последовательного протокола через VBUS (чтобы это произошло, VBUS должен быть свободен от сильной емкостной разъединения). Эта спецификация теперь заброшена в PD Rev3.0 с появлением соединителя типа C, и согласование между ролями питания портов и устройств (производителей и потребителей) подразумевается по выделенному проводу CC (канал связи).

В дополнение к полному согласованию PD кабели Type-C должны иметь электронные маркеры, небольшие микросхемы в одной из надстроек, которые должны консультировать потребителей (приемников) и производителей (источников) о том, какой ток может выдерживать тот или иной кабель. [Все кабели USB3.1 CC должны иметь встроенные eMarkers, но я еще не видел их на открытом рынке].

На момент написания статьи (январь 2017 г.) в каждом отделе электроники (включая Walmart) могло быть около 20% (1 из 5) зарядных устройств с функцией контроля качества, и ни одно из них не поддерживало функцию PD. У меня есть некоторое чувство, что эта пропорция не изменится.

Таким образом, наиболее совместимая сигнатура порта зарядки выглядит как китайская, с D + / D-, закороченными вместе и плавающими относительно GND и VBUS.