隨著Type-C接口在手機(ji)、電腦(nao)等便攜設備上普及，日(ri)常使用中或許會遇到如下(xia)問(wen)題。
1. 為什么(me)這(zhe)個Type-C充電器(qi)充電這(zhe)么(me)慢(man)？
2. 電腦的Type-C充(chong)電器能給(gei)手(shou)機充(chong)電嗎(ma)？
3. PD充電(dian)？Type-C充電(dian)？有(you)什(shen)么區別？
要解(jie)答以(yi)上幾個問題，就得了解(jie)一(yi)下基(ji)本設(she)計(ji)了。
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(dian)頭(tou)端的(de)(de)USB Type-A Receptacle作為電(dian)源(yuan)輸入端，連接手機端的(de)(de)USB Type-B Micro接口作為電(dian)源(yuan)輸出端。
在(zai)沒有(you)充電協議的(de)加持下，充電器最大只能對外(wai)提供5V@900mA（USB3.0 是 900mA，USB2.0是500mA）的(de)充電功率。
這(zhe)是(shi)USB Type-A/B接(jie)口的(de)硬(ying)件(jian)設(she)計規范(fan)，那么這(zhe)樣的(de)設(she)計最大提(ti)供(gong) 4.5W的(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。
充電頭端(duan)的USB Type-A Receptacle作為電源(yuan)輸入端(duan)，連接手機端(duan)的USB Type-C接口作為電源(yuan)輸出端(duan)。
Type-C接口(kou)規定，Power Source端供電能力(li)取決(jue)于cc上(shang)的Rp電阻。
Power Sink端(duan)cc下拉Rd=5.1K，根(gen)據cc分壓即(ji)可確定(ding)Power Source端(duan)的供(gong)電(dian)能(neng)力。
一般來(lai)說，Type-A Plug轉Type-C Plug的(de)連接(jie)線，Type-C端的(de)Rp會聲(sheng)明其支持5V@3A的(de)供電，但(dan)是得配套專用(yong)的(de)充電頭(tou)。
由于轉(zhuan)(zhuan)接(jie)線和充(chong)電頭可能不是配套的(de)。如果充(chong)電頭端(duan)的(de)USB Type-A Receptacle只能提(ti)供5V@900mA，那么即(ji)使轉(zhuan)(zhuan)接(jie)線Type-C Plug端(duan)Rp聲明為 5V@3A，也沒法(fa)給手機最大提(ti)供5V@3A的(de)充(chong)電功率，還有可能損壞(huai)充(chong)電頭。
在沒有充(chong)電(dian)協(xie)議的(de)加持下，Type-C轉接線最大(da)可以(yi)支持 5V3A的(de)充(chong)電(dian)功率，即最大(da)15W的(de)充(chong)電(dian)功率。
這就是Type-C充電，屬于硬件設計規范。
快速充電
實際上，不管是Type-C接口(kou)，還是Micro USB接口(kou)，都出(chu)現過支持超過硬(ying)件(jian)接口(kou)設計規范充(chong)電功率產品(pin)。
這(zhe)些(xie)都(dou)是(shi)快充協議(yi)的(de)功勞，而且大都(dou)是(shi)利(li)用轉接線(xian)中的(de)USB2.0 D+/-兩個線(xian)完成(cheng)通訊(xun)。
注意，這里(li)的(de)通(tong)信(xin)不(bu)是USB通(tong)信(xin)，只是利用D+/-兩(liang)根線(xian)，設計的(de)通(tong)訊協(xie)(xie)(xie)議(yi)而已。這種協(xie)(xie)(xie)議(yi)屬于私有協(xie)(xie)(xie)議(yi)，各家(jia)設計均不(bu)相(xiang)同(tong)，詳細(xi)協(xie)(xie)(xie)議(yi)此(ci)文不(bu)作介紹。
但是，快充(chong)(chong)的(de)原理都是通過私有協(xie)議協(xie)商(shang)后，充(chong)(chong)電(dian)(dian)器端會提高充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流或者充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)，以(yi)滿足設備快充(chong)(chong)。
手機市場巨大，各家雖(sui)然都采(cai)用同樣的Type-C接口(kou)作為(wei)充電接口(kou)，但(dan)是基(ji)本都設計了自家的私有快充協議。
關于手機(ji)的快(kuai)充，有三點(dian)是關鍵。充電(dian)頭、充電(dian)線、充電(dian)設備。
以某手機(ji)為(wei)例，支持(chi)最新的FCP快充(chong)(chong)(chong)(chong)協議(yi)，在使用原(yuan)裝(zhuang)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)器和充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)線(xian)的情況下，最大支持(chi)66W充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)，就(jiu)是所謂的超(chao)級快充(chong)(chong)(chong)(chong)。充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓達到11V，充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)最大達到6A。
連接(jie)充(chong)電(dian)(dian)后(hou)，首先充(chong)電(dian)(dian)頭端會(hui)發起FCP快(kuai)充(chong)識(shi)別(bie)協議(yi)(yi)，同(tong)時充(chong)電(dian)(dian)線的(de)接(jie)頭里面也(ye)設(she)計有識(shi)別(bie)IC。當充(chong)電(dian)(dian)頭通過(guo)FCP協議(yi)(yi)正確識(shi)別(bie)了手(shou)機和充(chong)電(dian)(dian)線后(hou)，手(shou)機充(chong)電(dian)(dian)才(cai)會(hui)進入超(chao)級快(kuai)充(chong)。
為(wei)了實(shi)現66W超級快充，充電線材(cai)需要承(cheng)受6A的大電流，因此(ci)必須(xu)設計(ji)一(yi)個識(shi)別 IC，防止使用普(pu)通(tong)線材(cai)發熱起火（充電線接(jie)口也設計(ji)為(wei)橘黃(huang)色和普(pu)通(tong)線材(cai)做出區分）。
當使用的充電頭，或(huo)者充電線不是原裝的，都只能實現普通充電模(mo)式。手機同時支持PD快(kuai)(kuai)充，顯示為(wei)快(kuai)(kuai)速充電。原裝充電器加充電線才(cai)會顯示為(wei)超級快(kuai)(kuai)充。
這(zhe)就是為什么充電器或者充電線不原裝(zhuang)的話，充電速(su)度很(hen)慢的原因。
PD快充
PD全稱Power Delivery，是USB-IF協會設計并推廣(guang)的(de)一種快充協議，以解決移(yi)動(dong)電(dian)(dian)子(zi)設備快充協議混亂的(de)局面。當前PD3.1協議可以最大支持(chi) 240W的(de)充電(dian)(dian)功率，幾乎(hu)涵蓋(gai)了所有的(de)移(yi)動(dong)電(dian)(dian)子(zi)設備。
支持PD快充，必須采(cai)用USB-C to USB-C的(de)連接(jie)線，因為PD快充是(shi)基于(yu)PD協(xie)議(yi)實現的(de)。
PD協議是(shi)在Configuration Channel上(shang)實(shi)現的，即下圖中(zhong)的A5或者B5。
USB Type-A轉(zhuan) USB Type-C充電線(xian)中是沒有cc通訊的。
如(ru)下圖(tu)，當(dang)充(chong)電設備(bei)通過USB-C to USB-C的充(chong)電線連接后，雙方的cc都會(hui)連接。
經(jing)過Power Negotiate后(hou)，充電(dian)器端會提高供電(dian)電(dian)壓或者電(dian)流，以(yi)實現快充。
圖片來源于USB協會官網開(kai)源技術文檔
PD在Power Negotiate上比較簡(jian)單(dan)。如(ru)下(xia)是筆記本電腦的(de)Type-C接口上的(de)cc 通訊(xun)。
1. Power Source端(duan)發送Source Capability（包含1-4組Power Level）
2. Power Sink根據(ju)自(zi)身需求請求一組合適的Power Level
3. Power Source安裝 Power Sink請求提(ti)升電壓，設置限(xian)流閾(yu)值即可
抓取PD通信波形，以(yi)及Vbus變化情況，如下圖。
當然，PD協(xie)議不僅(jin)僅(jin)會完(wan)成Power Negotiate，還(huan)會繼續完(wan)成AltMode配置(zhi)，實現DP、TBT、USB4、PCIe 等高速協(xie)議的通道配置(zhi)。
筆記本(ben)的(de)充(chong)電需求一般在45W-90W，因此Type-C接口就(jiu)是第一選擇，同時支持 PD快充(chong)協議。
一個(ge)USB-C口就可(ke)以實(shi)現USB+DP+PD全功能。
顯然筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦使用(yong)的 Type-C充電(dian)器也采用(yong)了PD快充協議，其對外有(you) 4 組(zu)供電(dian)等級聲明。
那么用它對手(shou)機充電時，手(shou)機請求合適(shi)的充電等(deng)級即可。
多協議兼容
私有(you)協議各有(you)優勢，但是(shi)互(hu)不(bu)兼(jian)容。當Power Source端和(he)Power Sink端的快充(chong)協議不(bu)一致，那么(me)就(jiu)猶如雞(ji)同鴨講，無法(fa)實現快充(chong)了。
事實上，私有快充(chong)協(xie)(xie)議不兼容問題已(yi)經(jing)有工程師提出了解決方案，那就(jiu)是多協(xie)(xie)議解碼器(qi)。
通(tong)信協(xie)議(yi)實(shi)質上(shang)就是(shi)一定規則(ze)的電(dian)平變化，那么(me)使用軟件配合(he) MCU 必然可以實(shi)現(xian)多(duo)協(xie)議(yi)兼(jian)容(rong)。如果Power Source端或者(zhe) Power Sink 端采(cai)用了(le)多(duo)協(xie)議(yi)解碼(ma)器，就如同學習了(le)多(duo)門“方言”。不(bu)管是(shi)“廣東話”還是(shi)“陜(shan)西話”，協(xie)議(yi)解碼(ma)器都能(neng)“說” 或者(zhe) “聽(ting)”。
芯海科技針對多(duo)協議充電(dian)推出完整的解決方案(an)。
CS32G020系列是芯海科技推(tui)出(chu)的(de)支持USB Type-C和PD3.0協議的(de)USB Type-C控制器，可應用于(yu)PC電源(yuan)適配器、手機充電器、移動電源(yuan)、車充、HUB 等領域。
CS32G020內嵌(qian) ARM? Cortex?-M0 內核，主頻最高 48MHz，可(ke)以支(zhi)持很廣范(fan)圍(wei)的(de)工業控(kong)制應用和需要(yao)高性能 CPU 的(de)場合。內置(zhi) 64K 字節程(cheng)序(xu)flash，數(shu)據flash 大(da)小可(ke)配置(zhi)(與(yu)程(cheng)序(xu)flash共享(xiang)) ,4K 字節 LDROM，8K 字節 SRAM。CS32G020 封裝(zhuang)包括 QFN24 和 QFN32。
CS32G020支持PD、QC4.0、SCP、FCP、AFC等快充協(xie)議。
此外，芯海旗(qi)下可適用電源PD快充應用的(de)典型芯片有CSU3AF10、CPW3301等(deng)多款產品。
CSU3AF10是一款廣泛(fan)適用于移動電(dian)(dian)源、儲(chu)能電(dian)(dian)源、無線充、車(che)充等應用領域(yu)的(de)(de)通用型、單通道PD快充控制器，內(nei)嵌(qian)MCU，主頻最高24MHz，內(nei)置64KB Flash，是CS32G020的(de)(de)精簡版本，在保留相應的(de)(de)核心(xin)功(gong)能基礎上(shang)，新增了USB PD3.1、UFCS等協議(yi)的(de)(de)支持。
CPW3301是一款適用(yong)于(yu)充電器(qi)、適配(pei)器(qi)等(deng)應用(yong)領域的高性能、高集(ji)成度(du)的Type-C PD控制(zhi)器(qi)，可(ke)用(yong)于(yu)USB-A 和TYPE-C雙(shuang)端口輸出的快充協議IC，集(ji)成恒壓、恒流、以及恒溫控制(zhi)環路，集(ji)成高精度(du)的電流采樣和電荷泵電路。
芯海(hai)科技的PD快充芯片(pian)內(nei)置MCU架構與(yu)私(si)有(you)協議PHY，擁有(you)性能強(qiang)大、功(gong)能全面、功(gong)耗(hao)低及強(qiang)加密的安全措施。同時，芯海(hai)完善的Smart PD開(kai)(kai)發生態，具(ju)(ju)有(you)檢測精(jing)度高、資(zi)源豐富(fu)、協議靈(ling)活與(yu)兼容性好(hao)、豐富(fu)的參(can)考資(zi)料、高效易用的開(kai)(kai)發工具(ju)(ju)等優(you)勢，能夠(gou)為(wei)終端電源產品提供全方(fang)位解決方(fang)案。