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USB充電規范 1.2 中文詳解

2019-11-06 09:23:18
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供稿:網友

1. Introduction

     1.1 Scope

                        規范定義了設備通過USB端口充電的檢測、控制和報告機制,這些機制是USB2.0規范的擴展,用于專用

            充電器(DCP)、主機(SDP)、hub(SDP)和CDP(大電流充電端口)對設備的充電和power up。這些機制適用

            于兼容USB2.0的所有主機和外設。

 

     1.2 Background 

                        PD(portable device)便攜式設備連接到host或hub后,USB2.0協議規定了三種情況下PD汲取電流的最

            大值:

                      (1)bus suspend時最大汲取電流2.5mA;

                      (2)bus沒suspend并且未被配置時最大汲取電流100mA;

                      (3)bus沒suspend并被配置時最大汲取電流500mA.

                   如果PD連接到CDP, DCP, ACA-Dock, ACA,在PD未配置時汲取最大電流限制是1.5A,或者遵循suspend

            的規則。定義了PD區別SDP和Charging port(充電端口)的機制。為不同的USB charger廠家定義了兼容性

            要求。如果PD的battery處在Dead或weak狀態,隨USB 2.0規范發布的ECN規定,此時連接但未聯通的PD可

            以汲取100mA電流(連接與連通的區別在于data線的上下拉電阻)。

 

     1.3 Reference Documents

                     (1)OTG and Embedded Host Supplement, Revision 2.0

                     (2)USB 2.0 Specification 

                     (3)USB 3.0 Specification

 

     1.4 Definitions of Terms

           1.4.1 accessory Charger Adaptor

                     ACA是啥呢?也是一個充電器。一共三個口,一個OTG Port連接PD,一個charger port連充電器,擴展

             出一個Accessory Port。對PD充電的同時,能使PD連接到Accessary。 PS:根據Micro-ACA的<Table 6-1 和

             Table 6-2可知,charger port連充電器的同時Accessory Port連接A-device,此時充電器可以對OTG Port的

             PD充電,但是PD并不能和Accessory Port連接的A-device進行通信,此時的Access Switch是關斷的。當不連

             接充電器時,可以通信。 

 

             1.4.2 ACA-Dock

                         ACA Dock是一個擴展塢,有一個外接電源,有一個US port,沒有或者有幾個DS port。US port只能連接

             到作為host的PD,給PD提供最大1.5A的ICDP電流。DS port只能連接device。ACA-Dock怎么告知PD它是一

             個ACA-Dock呢?

                   (1)在USB idle時候使能VDM_SRC(D- Source Voltage VDM_SRC Note 1 0.5 0.7 V)

                   (2)把ID下拉到GND,通過電阻RID_A。詳細參考Section 3.2.4.4                          PS:ACA Dock和ACA有啥區別呢? 連接ACA OTG Port的PD可以做B-Device,Accessary port可以連接

              A-device(但此時不能連接充電器);Dock的US Port只能連接作為A-Device的PD, DS Port只支持B-

              device,只能在充電的同時連接一個或多個B-device到DUT。

 

           1.4.3 Attach versus Connect 連接和連通的區別

                         Attach我暫且把它翻譯成連接,connect翻譯為聯通。它們有什么區別呢? "Attach"這個詞是有方向性

             的,表示把設備連接到主機,有一個從下到上的動作。在物理上電源線、ID、信號線連接上了;"connect"是

             沒方向性的,表示識別了物理上的連接,或建立了通信。所以"connect"是基于"attach"的。這里的connect是

             指在attach后,下游的設備通過上拉1.5k電阻到D+/D-線,使bus進入 Low-Speed, Full-Speed or High-Speed

             信號模式。

 

           1.4.4 Charging Downstream Port

                          CDP是啥呢?其實它就是在PC或者HUB上的一個USB口,但是這個USB口比較特殊,可以提供1.5A~5A

             的大電流充電,一般都會有一個小閃電的標志在USB口旁邊。 沒連通外設時,當CDP檢測到D+線上的電壓

             VDAT_REF(Data Detect Voltage 0.25V~0.4V)< VDP < VLGC(Logic Threshold 0.8V~2V)后,會在D-線上

             輸出VDM_SRC(0.5v~0.7v)。從外設聯通時起,CDP將不再把電壓VDM_SRC輸出到D-上,直到外設斷開

             聯通。

 

           1.4.5 Charging Port 充電端口類型

                         充電口的類型分為DCP、CDP、ACA-DOCK、ACA

 

           1.4.6 Dead Battery Threshold 死電池閾值(沒電電池的定義)

                         什么是Dead Battery的閾值?通俗的說就是電池的一個電壓值,低于這個值系統就肯定啟動不了。電壓

             低于這個值的電池叫Dead Battery。

 

           1.4.7 Dedicated Charging Port DCP定義

                          DCP就是墻充,即wall adapter。就是平時用的連到220v插座的充電器。不能枚舉USB設備,可以供

             (4.75v< VCHG <5.25v)的穩定電壓和(0.5A <IDCP <5A)的充電電流。DCP在內部將D+和D-短接。

 

           1.4.8 Downstream Port 朝下的端口

                         這個spec.中有兩種DS,一種是SDP,另外一種是CDP(Charging Downstream Port)

 

           1.4.9 Micro ACA

                         指ACA的accessory port是Micro-AB的母口

 

           1.4.10 Portable Device

                         是能裝在兜兒里的USB設備?就是移動設備。

 

           1.4.11 Rated Current 額定電流

                         充電端口的額定電流是指在保持VBUS電壓在VCHG(4.75v~5.25v)時所能輸出的電流值。 DCP的額定

             電流要求在(0.5A< IDCP <5A)之間;CDP or ACA-Dock的額定電流要求在(1.5A< ICDP <5A)之間

 

           1.4.12 Standard ACA

                         指ACA的accessory port是 Standard-A的母口

 

           1.4.13 Standard Downstream Port SDP定義

                         SDP是標準的DS Port,是遵循USB2.0規范的host或hub的朝下端口。一個帶有good battery的設備在連

             接到SDP時:未聯通(dead  battery)或suspend時,從SDP汲取小于2.5mA的電流聯通未配置且沒有

             suspend時,從SDP汲取小于100mA的電流配置且沒有suspend時,從SDP汲取小于500mA的電流,具體值

             取決于host使能的配置SDP端口會將D+和D-下拉500K電阻到GNDSDP有檢測D+被PD驅動到VDP_SRC

            (0.5v~0.7v)的能力在連接但沒聯通的情況下,當PD汲取大于 ISUSP(2.5mA)的電流時,要求PD驅動D+到

              VDP_SRC(0.5v~0.7v)

 

           1.4.14 USB Charger USB

                          這里就是指DCP,比如wall adapter或car power adapter

 

           1.4.15 Weak Battery Threshold 弱電池閾值定義

                     Weak Battery閾值也是電池的一個電壓值,電池電壓高于這個值,系統就肯定能power up。

 

     1.6 OTG Considerations OTG注意事項

                  帶有Dead Battery的PD不能區分PC和OTG-A device當帶有Dead Battery的PD連接到OTG-A device時,

           OTG A-device沒有義務提供給PD超出正常值的供電電流(正常值是指OTG A-device正常供給其TPL列表中設備

           的電流值)OTG A-device在TA_WAIT_BCON內沒有檢測到B-device的連通,可以停止驅動VBUS。也就是說,

           帶有Dead Battery的PD,連接到OTG A-device以后因為不能連通(使能D+/D-的上拉電阻),可能不會被充

           電。

 

     1.7 Super Speed Considerations SS注意事項

                  USB3.0規范中定義的SS Port也使用本規范定義的充電器檢測機制,當PD 檢測到連接在一個SS port上的

           時候,ICFG_MAX(Maximum Configured Current when connected to a SDP ICFG_MAX Note 2 500 mA 2.1)

           變為900mA,IUNIT變成150mA。

 

2. Dead Battery PRovision 死電池的規定(僅適用于SDP)

     2.1 Background 背景 

                  從1.4.13 SDP的定義我們知道有一種情況,當帶有Dead Battery或Week Battery的PD連接到SDP時候,

           可能不能和host建立連通,這時候host會限制輸出電流在ISUSP(2.5mA)以下。一些PD在這種情況下需要一

           段時間充電電流是ISUSP來power up設備。USB2.0允許復合型USB設備在連接且未連通,或suspend的情況

           下,從每個DS port都汲取2.5mA的電流。

 

     2.2 DBP – Unconfigured Clause DBP-在PD未被配置時的規定

                  帶有Dead Battery或Week Battery的PD在未被配置的情況下,可以根據DBP規定從SDP的DS port汲取

           IUNIT電流,規定如下: 連接后超過45分鐘,PD沒和host建立連通或被枚舉,汲取電流降到ISUSP(2.5mA)

           連接但未連通時,PD驅動 VDP_SRC 1. PD在連接到host 1s內,PD使能D+的電壓,VDP_SRC(0.5v-0.7v) 2.

           PD在disable VDP_SRC后1s內建立連通,即使能上拉電阻。

          這個電流只能用于使PD盡快的上電并枚舉,或者充電至Weak Battery Threshold并枚舉

          (1)PD不能用DBP 電流做不相關的事,比如高于Weak Battery Threshold后還用這個電流充電、打電

                   話、播放音樂視頻或游戲,建立無線連接。

          (2)只有獨立使用電池運行的設備才允許使用DBP 帶有Dead Battery或Week Battery的PD要求通過

                   USB-IF compliance inrush test

          未配置狀態包括兩個時段:

          (1)連接但是沒連通

          (2)聯通但沒配置

          PD在接收到host發送的SET_CONFIGURATION命令后進入configured state

 

     2.3 DBP – Configured Clause DBP-PD在配置狀態下的規定

          帶Dead or Weak Battery的PD在配置的狀態下允許使用DBP規則從SDP汲取配置電流(最大至

   ICFG_MAX=500mA),不需要通過USBCV測試。規則如下: 響應接收到的令牌 PD要求響應host發來的任何

   令牌,以NAK或有效的USB response 響應USB reset 一旦接收到復位信號,PD將減小充電電流到IUNIT。PD

   允許在接收到reset后斷開連接。當斷開連接,PD將使用DBP –Unconfigured Clause。 響應USB suspend 保

   持連接降低充電電流到ISUSP,或斷開連接使用DBP–Unconfigured Clause 超時后提供完整的USB功能,或者

   斷開連接使用DBP–Unconfigured Clause 從連接TDBP_FUL_FNCTN(Attach to full USB functionality for

   configured PD under DBP TDBP_FUL_FNCTN 15max min 2.3)后,PD或著保持連通并且可以通過USBCV

   測試,或者斷開連接。斷開連接后使用DBP–Unconfigured Clause 使用配置的DBP電流盡快的充電使電壓達到

   Weak Battery Threshold并提供完整的USB功能。 PD不能用DBP電流做不相關的事,比如高于Weak Battery

   Threshold后還用這個電流充電、打電話、播放音樂視頻或游戲,建立無線連接。 一旦電池電壓在PD連接到

   SDP后的TDBP_FUL_FNCTN(max=15min內)達到Weak Battery Threshold,PD需要提供完整的USB功能

   PD需從在連接SDP后的TDBP_INFORM(max=1min)內通知用戶PD正處在充電狀態,且其它功能不可用。

 

3. Charging Port Detection 充電端口的檢測

     3.1 Overview 概述

   Figure 3-1是幾個實例,PD連接到SDP或Charging Port:

           Figure 3-1 System Overview

                  第一個例子中,PD連接到SDP,CDP,DCP是通過 Std-A to Micro-B cable第二個例子中,DCP有一個一體

           的Micro-B公口的線纜連接到PD。DCP的cable中沒有D+/D-線,Micro-B公口的D+/D-線在插頭內部短接在一塊

           了。第三個例子中,ACA有一個一體的Micro-A公口的線纜連接到PD,A口線必然就有D+/D-和ID。ACA還有一

           個連接到DCP或CDP的port,使用什么樣的線纜在 Section 6.2.1 描述第四個例子中,ACA-Dock上沒有線纜,

           但是有一個一體的Micro-A公口的插頭連接到PD,使用一個專用的充電器供電。

 

     3.2 Charger Detection Hardware 充電檢測電路

   本節簡要的介紹了充電檢測的硬件電路

           3.2.1 Overview 概述

           Figure 3-2是PD中的充電檢測的硬件電路 

           3.2.2 VBUS Detect VBUS檢測

           session是啥? 首先咱們先解釋一下協議中經常出現的術語"session".在OTG的規范中對session做了這樣

    的解釋: “A session is defined as the period of time that VBUS is powered. The session ends when VBUS

    is no longer powered.” 從這句話來理解,session是VBUS從有到無一段時間,它是針對VBUS的,所以以后也

    可以理解為有效的VBUS,只是這時候的VBUS是基于一定的時間段有效的。            每個PD的VBUS電源線的內部都有一個電壓比較器,用來判斷VBUS什么時候有效,和誰做比較呢?和內

    部的有效電壓閾值比,可以理解是和一個定值比,高于這個值就是有效的VBUS。這個閾值在本規范中叫做

    internal session valid threshold,它的范圍在定義為VOTG_SESS_VLD(OTG Session Valid Voltage

    VOTG_SESS_VLD 0.8 4.0 V 3.1)。參考Figure 3-2粉色部分。            PS:說了半天究竟在說啥?

           總結一下: PD中有個檢測VBUS是否有效的電路,電路有一個參考值,高于這個值就認為是VBUS有效

    了。這個參考值不是固定的,設計的時候保證它在0.8V~4V之間就可以了。

           3.2.3 Data Contact Detect 數據連接檢測

               3.2.3.1 Overview 概述

               DCD機制使用了向D+提供的電流源IDP_SRC來檢測PD連接host后,數據信號的連接。 觀察USB數據

        線的公頭兒里邊的信號線,你會發現兩邊的PIN長,中間PIN的短。兩側的PIN是VBUS和GND,中間的是數

        據線。這樣的作法是為了先供電再通信。 PD并不一定要求實現DCD,如果PD沒實現DCD,會使用一個定

        時器,它將在連接到host TDCD_TIMEOUT(DCD Timeout TDCD_TIMEOUT 300 900 ms 3.2.3.1)后,

        開始Primary Detection。當PD連接到SDP或CDP時,DCD機制能檢測數據線的連接。使用DCD機制的最大

        好處是能盡快的檢測到數據線的連接,然后建立連通,不必等待定時器超時。這樣可以降低通信建立的時

        間,因為 USB Connect Timing ECN中規定,一個上電的USB設備,要求在連接到host的

        TSVLD_CON_PWD(1s)內建立連通。DCD機制也可以在PD連接到DCP和ACA的多數情況下檢測數據線

        的連接。DCD不起作用的情況有: 1. 漏電流太大的DCP 2. 連接charger,和在Accessory Port連有FS或

        HS B-device的ACA 3. ACA-Dcok 4. 把D+拉高的PS2端口 5. 把D+拉高的專用充電器 因為DCD并不能在所

        有情況work,如果PD在attach event后TDCD_TIMEOUT max(900ms)內還沒檢測到D+或ID PIN的連

        接,就要求PD必須開始進行Primary Detection。詳情參考 Section 3.3.2.

               3.2.3.2 Problem Description

                   Figure 3-2 Data Pin Offset

                USB的公頭之所以把VBUS PIN和GND PIN設計的比D+/D-長,是為了當plug和receptacle連接時,電

         源先于信號線連接。因此PD連接到主機時,VBUS和DATA pin長度不同,VBUS pin先連接,而后DATA

         pin連接,間隔時間取決于plug的插入速度,最長觀察到的間隔時間是200msPD區分充電口和SDP的方式是

         根據data line。如果在檢測到data pin連接前PD進行了Primary Detection操作,則根據Primary Detection協

         議,PD認為被連接到了SDP。如果PD連接到DCP,但是被其錯誤的識別為連接到了SDP,在這種情況下

         PD將汲取 ISUSP(2.5mA)電流并同時等待被枚舉。因為DCP不能枚舉設備,因此PD將不會被充電。

               3.2.3.3 Data Contact Detect, Not Attached PD未連接設備時的DCD

                                       Figure 3-4 Data Contact Detect, Not Attached

          圖3-4是PD沒連接到遠端設備的情況          DCD協議如下:          PD檢測VBUS有效PD使能D+電流源IDP_SRC和D-線上的下拉電阻PD檢測到D+線保持TDCD_DBNC

         (Data contact detect debounce min=10ms)低電平關閉D+電流源IDP_SRC和D-線上的下拉電阻 如果沒

          有設備連接到PD上時,D+線保持在高定平。 IDP_SRC(7uA)的最小值要求能保證在最壞漏電流

         (RDAT_LKG and VDAT_LKG)情況下,使D+保持在VLGC_HI(Logic High4.0~3.6 V)。

               3.2.3.4 Data Contact Detect, Standard Downstream Port SDP的DCD

                                  Figure 3-5 Data Contact Detect, Standard Downstream Port

           當PD連接到SDP時,D+線被SDP的RDP_DWN拉低 IDP_SRC(13uA)的最大值值要求能保證在最壞漏

           電流(RDAT_LKG, VDAT_LKG and RDP_DWN)情況下,RDP_DWN 使D+保持在VLGC_LOW

          (Logic Low 0~0.8 V)。

           3.2.4 Primary Detection 主要檢測

       PD要求實現Primary Detection,3.2.4 Primary Detection用來區分SDP和charging port。

               3.2.4.1 Primary Detection, DCP DCP的Primary Detection

           圖3-6是PD連接到DCP上時,Primary Detection工作的示意圖

                                                 Figure 3-6 Primary Detection, DCP                   打開 VDP_SRC (D+ Source Voltage 0.5~0.7v)and IDM_SINK(D- Sink Current 25~175 μA).             D+和D-通過RDCP_DAT(Dedicated Charging Port resistance across D+/- max=200Ω)短接,PD檢測             D-的電壓是否達到VDP_SRC(D+ Source Voltage 0.5~0.7v).                   PD在D-上的電壓比較器比較D-電壓和VDAT_REF(Data Detect Voltage 0.25~0.4 v),如果D-大于             VDAT_REF,就可以確定PD連接到了charging port上,可以進一步檢測是連接到了DCP還是CDP上。             PD也可以選擇性的實現檢測D-電壓是否達到VLGC( Logic Threshold 0.8~2.0V),此時檢測DCP還是             CDP的條件是VDAT_REF< D- <VLGC,是否選擇實現檢測VLGC這個電平的原因如4.                   PS2端口會把D+/D-上拉到高電平,當PD連接到PS2端口,如果PD只檢測(D->VDAT_REF),然后            判定是連接到了DCP還是CDP,開始汲取IDEV_CHG(Allowed PD Current Draw from Charging Port            max=1.5A)電流。這么大的電流可能會損壞PS2端口。通過判定(D-<VLGC)以后再檢測DCP,CDP類型,            這樣可以避免PD對PS2端口造成損壞。                   有些專用的charger也會把D+/D-上拉到高電平,如果PD連接到這樣的一個charger上,因為(D-             >VLGC),所以PD判斷不是連在一個充電端口上。然后PD判斷自己是連在一個SDP上,這是就只能汲取             ISUSP的電流。是否選擇實現VLGC的檢測取決于PD會不會經常連接到PS2端口,還是專用的charger。

               3.2.4.2 Primary Detection, CDP

                   Figure 3-7展示了PD連接到CDP時的Primary Detection工作方式

                                                        Figure 3-7 Primary Detection, CDP

                  當遠端設備沒連接到CDP上時,對CDP的行為有兩種可選的方式。

                         在斷開連接的TCP_VDM_EN(Time for Charging Port to assert VDM_SRC on D- max=200ms)時間

                  內,使能VDM_SRC( D- Source Voltage 0.5~0.7V);在連接PD的TCP_VDM_DIS(Time for Charging

                  Port to remove VDM_SRC on D- max=10ms)時間內disable VDM_SRC。使用這方式,不要求CDP使能

                  IDP_SINK,或者比較D+的電壓值是否到VDAT_REF。

                 第二種方式CDP將比較D+電壓與VDAT_REF and VLGC,當(VDAT_REF<D+<VLGC),CDP將使能          VDM_SRC;當(D+ < VDAT_REF 或 D+ > VLGC),CDP將disable VDM_SRC。需要注意的是CDP在和PD          連接的時候,要求比較D+和VLGC,來disable VDM_SRC。          在 Primary Detection期間,PD將打開 VDP_SRC and IDM_SINK.PD將把D-上的電壓和 VDAT_REF 做          比較。如果(D->VDAT_REF),才允許PD繼續檢測是連接到DCP還是SDP上。PD可以選擇性的比較D-和          VLGC,只有當(VDAT_REF<D-<VLGC)時,才能進一步檢測是連接到SDP還是DCP上。詳細原因參考       3.2.4.3 Primary Detection, SDP          Figure 3-8 展示了PD連接到SDP時Primary Detection的工作方式

                                                          Figure 3-8 Primary Detection, SDP

 

                         在Primary Detection的時候,PD打開VDP_SRC and IDM_SINK.當VDP_SRC加到D+上時,SDP會繼

                  續通過下拉電阻RDM_DWN下拉D-到低電平。PD將把D-上的電壓和 VDAT_REF 做比較,如果(D-

                  <VDAT_REF),則允許PD進一步檢測是否連接到了SDP上。PD可以實現把D-上的電壓和 VLGC作比較,

                  當(D-> VLGC)可以檢測PD是否連接到了SDP上。

               3.2.4.4 Primary Detection, ACA-Dock

                   Figure 3-9展示了支持識別ACA的PD連接到ACA-DOCK上時Primary Detection的工作方式 

           3.2.5 Secondary Detection 二次檢測

                二次檢測用來區分DCP還是CDP。PD在檢測到VBUS的TSVLD_CON_PWD(Session valid to connect

           time for powered up peripheral max=1s)時間內,如果PD還沒做好被枚舉的準備,則要求PD進行二次檢測。

           PD做好了被枚舉的準備,則可以跳過二次檢測,參考Section 3.3.2 Good Battery Algorithm。  

           PS:什么是做好被枚舉的準備? 是指建立了連通,即下游設備已經使能了D+/D-線的1.5K上拉電阻,使數據線

           進入了相應的信號模式,參考前面對“connect”和“attach”的解釋。

               3.2.5.1 Secondary Detection, DCP

                           Figure 3-11 展示了連接到DCP的PD二次檢測的方式

                                                         Figure 3-11 Secondary Detection, DCP

                          二次檢測的時候:

        PD在D-上使能 VDM_SRC,打開 IDP_SINK        比較D+和 VDAT_REF的電壓,因為DCP內部通過RDCP_DAT短接了D+/D-信號線,所以VDM_SRC這個        電壓源的電壓使得(VDAT_REF < D+ < VDM_SRC)        當PD檢測到(VDAT_REF < D+)時,就判斷連接到了DCP上。        而后要求PD使能 VDP_SRC 或者通過RDP_UP上拉D+到 VDP_UP,        同Section 3.3.2定義的Good Battery Algorithm                VDM_SRC(D- Source Voltage 0.5~0.7V) VDP_SRC(D+ Source Voltage 0.5~0.7V) IDP_SINK       (D+ Sink Current 25~175μA) VDAT_REF(Data Detect Voltage 0.25~0.4V) RDCP_DAT(Dedicated        Charging Port resistance across D+/-max=200Ω) RDP_UP(D+ Pull-up resistance 900~1575 Ω)        VDP_UP(D+ pull-up Voltage 3.0~3.6V)

               3.2.5.2 Secondary Detection, CDP

                Figure 3-12 展示了連接到CDP的PD二次檢測的方法

                                                         Figure 3-12 Secondary Detection, CDP

        二次檢測的時候:        PD在D-上使能 VDM_SRC,打開 IDP_SINK       比較D+和 VDAT_REF的電壓,因為CDP內部沒有短接D+/D-,所以(VDAT_REF > D+ = GND)       當PD檢測到(D+ < VDAT_REF),就判斷連接到了CDP上       而后要求PD關閉VDP_SRC 和 VDM_SRC,同Section 3.3.2定義的Good Battery Algorithm,然后PD將汲取       IDEV_CHG的充電電流

     3.3 Charger Detection Algorithms

           3.3.1 Weak Battery Algorithm 弱電池算法

               Figure 3-14 是PD連接弱電池時的充電檢測算法的一個例子,當然其它的算法也可以,但是要符合DBP規則

                  要求PD內部實現如下幾種電壓的閾值的檢測:VOTG_SESS_VLD, VDAT_REF and VLGC。檢測的閾值

           并不是這些參數的最大或最小值,而是PD內部設計在這些參數范圍內的固定值。在左側的例子中,帶有弱電

           池的PD檢測到 (VBUS > VOTG_SESS_VLD)后,會在D+上使能VDP_SRC。如果(D— > VDAT_REF)或

           者ID PIN不是在float狀態,PD可以汲取IDEV_CHG大小的電流。否則PD只能汲取IUNIT大小的電流。如圖所

           示,也可以加入紫色的參數VLGC t作為判斷條件,這樣可以防止PD從PS2口或其它專用充電器充電

           3.3.2 Good Battery Algorithm

                  Figure 3-15 是帶有Good Battery的PD需要遵守的的充電檢測算法。

                  當PD 連接到SDP或充電口時,應該使用Good Battery Algorithm檢測算法。對于SDP和Charging Port之外

           設備或端口,允許添加額外的檢測分支。對于添加額外檢測分支,不應該造成D+/D-和ID PIN上Good Battery

           Algorithm基礎上額外的動作,這些動作會對SDP和Charging Port的檢測造成影響。添加的額外分支也可以在

           Good Battery Algorithm檢測最后步驟之后,這樣的branch可以使用D+/D-和ID PIN上的動作作為判斷的條件。

           但是要考慮到如果連接到DCP上時,要求VBUS有效后,D+要一直保持(D+>VDAT_REF)這種情況。PD一旦檢

           測到(VBUS>VOTG_SESS_VLD),將啟動一個計時器TDCD_TIMEOUT。支持DCD的PD可以使能IDP_SRC并

           檢測D+ 持續TDCD_DBNC時間在VLGC_LOW 。支持ACA檢測的PD可以ID PIN在TDCD_DBNC時間內不在

           floating狀態。如果在D+或ID PIN的連接被檢測到之前,DCD計時器超時,PD將進行Primary Detection。如果

           PD檢測到ID PIN在非floating的狀態超過TDCD_DBNC,則直接進入一種ACA模式

 

                  Figure 3-17 是DCD開始檢測前Data PIN就已經連接上的時序圖                   Figure 3-17 DCD Timing, Contact Before Start 

                  Figure 3-18 是沒檢測到DCD的時序                   Figure 3-18 DCD Timing, No Contact 

 

 

           3.4.2 Detection Timing, CDP

               Figure 3-19 是CDP的主要檢測和二次檢測的時序,包含了比較D+和VDAT_REF and VLGC,根據條件使能

               VDM_SRC的情況。當PD沒連接時,CDP也可以保持使能VDM_SRC。詳細參考Section 3.2.4.2 

 

               Notes: 1)LS PD的時序和左側基本相同,不同的地方是LS PD會拉高D-線,而不是D+線。 

               Figure 3-19 是連接到CDP的PD主要檢測和二次檢測的時序。PD打開VDP_SRC and IDM_SINK。要求CDP

               從(D+ > VDAT_REF)開始的TVDMSRC_EN時間內使能D-線的VDM_SRC。從(D+ > VDAT_REF)后

               TVDPSRC_ON開始,PD可以檢查D-線的狀態,如果(D- > VDAT_REF)(或者選擇性的判斷D- < VLGC,參

               考 3.2.4.1),這是PD判斷是連接到了Charging Port上,開始汲取IDEV_CHG大小的電流。為了進行二次檢

               測,要求PD disable VDP_SRC and IDM_SNK,使能VDM_SRC and IDP_SINK。使能VDM_SRC and

                IDP_SINK 時間TVDMSRC_ON后,PD可以檢查D+的狀態。因為CDP在D+上沒有電壓源,所以(D+ <

               VDAT_REF),可以判斷PD連接到了CDP上。如果PD在檢測到VBUS時powered up,則要求PD在

               TSVLD_CON_PWD內建立連通。CDP會在檢測到連通的TCON_IDPSNK_DIS內disable IDP_SINK 。

 

     3.5 Ground Current and Noise Margins 接地電流及噪聲容限

              在USB2.0 spec. 圖7-47中,100mA的電流在USB線纜中的GND line上能產生25mV的壓差。這就造成了Host

       的GND和device的GND有25mV的壓差。GND的電壓差降低了信號和充電檢測的噪聲容限。        PD能從CDP汲取的最大電流值是IDEV_CHG.當PD本地的GND電平大于遠端host GND電平達到最大允許值

       VGND_OFFSET時,在PD從CDP汲取電流大于ICFG_MAX的時候,要求PD支持LS,FS,HS和Chirp。(即邊界條

      件下對保證必須功能的要求)               當Host和PD間GND的電壓偏置達到最大值VGND_OFFSET max時,要求PD和CDP要有大于USB2.0中標稱

      的共模的范圍。 

 

 

4. Charging Port and Portable Device Requirements 對充電端口和PD的要求

     這一章介紹了如下的要求: CDP、ACA-DOCK、DCP、ACA、PD

     4.1 Charging Port Requirements 對充電端口的要求

          一下要求適用所有類型的充電端口,包括CDP, ACA-Dock, DCP and ACA

           4.1.1 Overshoot 正過沖

                   充電端口的輸出電壓在負載電流任一階段的變化都不能超過VCHG_OVRSHT(充電電流會根據不同的充

            電階段發生變化),在充電端口上電或掉電的時候也不能超過這個值

           4.1.2 Maximum Current 最大電流

                   在任何情況下,充電端口的輸出電流都不能超過ICDP的最大值

           4.1.3 Detection Renegotiation 重新檢測

                   DS port可以是SDP,CDP或者DCP,并可以在這幾種端口之間切換。為了使PD重新啟動充電檢測流程,

            要求DS port: 停止驅動VBUS允許VBUS電壓降到 VBUS_LKG之下等待 TVBUS_REAPP 時間從新驅動

            VBUS

           4.1.4 Shutdown Operation 關斷操作

                  如果PD汲取的電流超過了Charging Port能提供的范圍,此時Charging Port可以關斷。關斷類型包括: 關

           斷VBUS恒定電流限制反向電流限制

     4.2 Charging Downstream Port

           如下要求適用于CDP

           4.2.1 Required Operating Range 需要的工作范圍

                  CDP在輸出電流小于 ICDP min 時,輸出電壓范圍應該保證在VCHG。VBUS上電壓值是TVBUS_AVG時

           間的平均值。當負載電流大于ICDP min,CDP可以關斷。一旦關斷,則需要遵循Section 4.1.4的要求。            Figure 4-1是CDP負載曲線的幾個例子。負載曲線在VCHG電壓范圍內要求橫穿ICDP min。在電流小于ICDP

           min范圍內,負載曲線不能橫穿VCHG min

           Figure 4-1 CDP Required Operating Range 

           4.2.2 Shutdown Operation 關斷操作

                  如果CDP因為電流過載而關斷,當過載條件消失后,CDP應該在TSHTDWN_REC內恢復并輸出正常范圍

           的電壓VCHG

           4.2.3 Undershoot 負過沖

                  在負載電流小于ICDP min時,負載電流的任一階段的變化,CDP的輸出電壓都應該保持在

           VCHG_UNDSHT

           4.2.4 Detection Signaling 信號檢測

                  當遠端PD沒連通到CDP上時,要求CDP實現兩種行為方式中的一種。 第一種方式: 在斷開連接后的

           TCP_VDM_EN內使能VDM_SRC,然后在連接后的TCP_VDM_DIS時間內disable VDM_SRC。使用這種方式

           的時候,不要求CDP使能IDP_SINK,或者和D+比較電壓值VDAT_REF. 第二種方式: 比較D+電壓值和

           VDAT_REF and VLGC的大小關系。當(VDAT_REF < D+ < VLGC),CDP使能VDM_SRC。當(D+ <

           VDAT_REF)或(D+ > VLGC),CDP disable VDM_SRC.時序參考Section 3.4.2

           4.2.5 Connector 連接器

                  CDP是一個Standard-A的母口,連接到PD

     4.3 ACA-Dock

           如下的規定適用于ACA-DOCK的US PORT.

           4.3.1 Required Operating Range

                      同CDP

           4.3.2 Undershoot 負過沖

               同CDP

           4.3.3 Detection Signaling 信號檢測

                  當PD連接到ACA-DOCK上時,PD作為host的同時從VBUS汲取電流。這種情況類似于PD連接到ACA,

           ACA的Accessory Port連接了一個外設的情況。為了通知PD它將作為host汲取電流,ACA-DOCK和ACA都需要

           通過電阻RID_A下拉ID PIN到GND。ACA-DOCK要以 ICDP 給PD供電,但是ACA以 IDCP 給PD供電,并且這

           個電流必須共享給PD和 Accessory Port連接的任何設備。為了使PD能區分它連接到了一個ACA-DOCK上,而

           不是ACA上,ACA-DOCK應該按如下要求在D-上使能VDM_SRC: 1.如果 D+/- 在Idle J態時間超過

           TCP_VDM_EN,ACA-DOCK將使能VDM_SRC 2.在D+/-上信號發生變化的TCP_VDM_DIS時間內,ACA-

           DOCK將停止VDM_SRC

           4.3.4 Connector 連接器

                  ACA-DOCK應該有一個Micro-A的公口,用來連接PD的Micro-AB母口

     4.4 Dedicated Charging Port DCP

           以下內容是對DCP的要求

           4.4.1 Required Operating Range 需要的工作范圍

                  當DCP輸出的電流小于IDCP min的情況下,輸出的電壓應該在VCHG定義的范圍內。VBUS的電壓是在

           TVBUS_AVG時間的平均值。當DCP的負載電流小于IDEV_CHG,并且負載電壓大于VDCP_SHTDOWN時,

           DCP應該保持工作不被關斷。當負載電流大于IDEV_CHG,或者負載電壓小于VDCP_SHTDOWN時,DCP可

           以被關斷。關斷后,遵循Section 4.1.4的要求。 

           Figure 4-2 是幾個負載曲線的例子。DCP負載曲線要求穿過恒定電流線IDEV_CHG max,或者恒定電壓線

           VDCP_SHTDWN。DCP不允許在需要的工作范圍內關斷。

           Figure 4-2 DCP Required Operating Range 

           4.4.2 Undershoot 負過沖

                  負載電流從IDCP_LOW to IDCP_MID,或者從IDCP_MID to IDCP_HI 任一階段的變化,DCP的負過沖電壓

           始終應該保持在VCHG_UNDSHT范圍內。在負載階段從low to mid后,要求DCP在TDCP_LD_STP時間內負

           載階段從mid to hi也要符合這個要求。負過沖的持續時間要在TDCP_UNDSHT定義的范圍內。            負載電流的變化如果從IDCP_LOW to IDCP_HI,DCP供給PD的負載電壓可以drop TDCP_UNDSHT時間。這個

           時間后DCP的輸出電壓應該在VCHG范圍內,負載電流應該小于IDCP min。

           4.4.3 Detection Signaling 信號檢測

                  DCP在D+和D-間用RDCP_DAT短接DCP D+/D- PIN上的漏電流應該小于或者等于兩個連接到

           VDAT_LKG 的RDAT_LKG電阻的漏電流。參考 Figure 3-6.D+/- pins 和DCP GND之間的電容應該在

           CDCP_PWR規定的范圍內

           4.4.4 Connector

                  一個DCP應該有一個Standard-A的母口,或者有一個Micro-B公口的一體線

     4.5 Accessory Charger Adapter

                  以下是對充電端口連接了DCP或CDP的ACA要求

           4.5.1 Required Operating Range 要求的工作范圍

                  對ACA的OTG Port要求的工作范圍受以下因素的影響:

                 (1)充電口上的設備 (DCP or CDP)

                 (2)從Accessory Port汲取的電流

                 (3)RACA_CHG_OTG

                 (4)VACA_OPR ACA OTG

                  Port能提供給PD的電流的大小取決于Charger Port能提供電流的大小和連接在Accessory Port的設備汲取

                  的電流的大小。OTG端口能獲得的電壓值取決于充電端口的電壓,從OTG and Accessory Ports汲取的電

                  流的大小和RACA_CHG_OTG。只有在充電端口的電壓在VACA_OPR范圍時,才能要求ACA正常工作

           4.5.2 Undershoot 負過沖

                  充電端口連接DCP或CDP的ACA應該遵循和DCP一樣負過沖要求。

           4.5.3 Detection Signaling 信號檢測

                 如spec中Section 6中描述的,ACA應該把OTG端口的ID PIN下拉到GND,下拉電阻可選值是:RID_GND,

           RID_C, RID_B, RID_A, RID_FLOAT ACA中D+/D- PIN應該是從OTG端口直連到the Accessory Port.

           4.5.4 Connector

                 ACA的OTG端口應該是一根Micro-A的一體線

     4.6 Portable Device

           以下部分是對PD的要求

           4.6.1 Allowed Operating Range

                   PD從充電端口汲取的最大電流不能超過IDEV_CHG。PD不能把充電端口的電壓拉低到VDCP_SHTDWN

           max以下。Figure 4-3 是PD的正常工作范圍。

           4.6.2 Detection Signaling

                   所有的PD都應該實現以下的檢測特征:

                  (1)DCD timer (TDCD_TIMEOUT)

                  (2)Primary Detection 主要檢測,區分是DCP/CDP還是SDP類型的充電設備在Primary Detection時

                           比較D-和VDAT_REF 的大小                    PD可以選擇性的實現以下檢測特征: 

                  (1)DCD, 使用 IDP_SRC

                  (2)在主要檢測期間比較D-和VLGC的大小

                  (3)二次檢測

                  (4)ACA 檢測 

           4.6.3 Detection Renegotiation 重新檢測

                  為了再次重新開始充電器的檢測流程,允許DS關斷并從新使能VBUS上的供電。參考Section 4.1.3. 為了

           檢測到VBUS的掉電,要求PD在VBUS關斷時能對VBUS上的寄存的電荷快速的放電。要求在TVLD_VLKG時間

           內使電壓低于VBUS_LKG。 當PD連接到充電端口時,允許PD斷開并重復數次充電器的檢測流程。在斷開連

           接到從新開始充電器檢測流程之間,要求PD最少等待TCP_VDM_EN max 時間。

           4.6.4 Connector

                  能連接到ACA-DOCK或ACA的PD應該有一個的Micro-AB母口

 

6. Accessory Charger Adapter

     6.1 前言

            隨著移動設備變得越來越小,對外只留一個接口是大勢所趨。如果這個僅有的接口是USB接口,那就會面臨

     一個問題,在PD已經連接其它設備的同時,還需要給設備充電該怎么辦。 舉個例子,用戶在汽車里邊,把耳機連

     接到了手機上,但此時手機的電量很低了,需要充電,在充電的同時,仍然可以繼續使用耳機通話。如果手機只

     有一個借口,那么就不可能把耳機和充電器同時連到一個接口上。 另外還有這么一種情況,設想有這么一種移動

     設備,只有一個接口,但也可以作為掌上PC。當這樣的PD放到ACA-DOCK上時,它可以作為host連接各種各樣的

     外設,比如hub, keyboard, mouse, printer等等。但是同時也可以被充電。 這章主要就是闡述一種方法,一個USB

     端口,可以同時連接充電器和設備。這種方法是用了一種ACA的設備實現。如Figure 6-1。

      Figure 6-1 Accessory Charger Adapter 

              ACA 有如下的三個端口: ? OTG Port ? Accessory Port ? Charger Port OTG Port 有一根 Mircro-A公口的一

       體線。只有OTG設備(比如帶有Micro-AB母口的設備)能連接到這個OTG Port上。 連接到Accessory Port上的

       外設能是用正常的USB信號和OTG設備通信。 Charger Port將ACA連接到一個Charger Port。Charger Port提供

       的電量既可以供給OTG設備,也可以供給外設。要求ACA把Charger Port僅僅標識為充電器,因為ACA不支持

       OTG Port和Charger Port的USB通信。 Charger Port 僅僅用來供電。同時也要求ACA提供一個指示用來顯示什么

       時候能給OTG and Accessory Ports供電。              有兩種類型的ACA:

            (1)Micro ACA

            (2)Standard ACA

              Micro ACA有一個Micro-AB 母口作為Accessory Port,既能連接A-device也能連接B-device。Standard ACA

       有一個Standard-A的母口作為Accessory Port,只能連接B-device。

 

     6.2 Micro ACA

           6.2.1 Micro ACA Ports

               Figure 6-2 是Micro ACA的端口描述 Figure 6-2 Micro ACA Ports 

                 能連接到Micro ACA的Accessory Port(Micro-AB 母口)的線纜類型包括:

                (1)Micro-A to Micro-B

                (2)Micro-A to captive

                (3)Micro-B to Standard-A

                (4)Micro-B to Micro-A

                  Micro ACA的Charger Port接口類型包括:

                (1)Micro-B 母口

                (2)Standard-A公口的一體線                (3)連接charger的一體線 

 

           6.2.2 Micro ACA Connectivity Options Micro ACA連接方法

                 Table 6-1 是設備連接到Micro ACA端口的各種組合。

                 Table 6-1 Micro ACA Connectivity Options 

                  ACA不能通過充電端口進行數據通信。僅僅允許從充電端口充電。當SDP或OTG設備連接到Charger Port

           時,不能通過Charger Port從SDP或OTG設備汲取電流。 在OTG device和B-device 都從Charger Port充電的

           情況,不必支持SRP,因為VBUS在OTG Port and Accessory Port已經都存在了。 要求OTG device限制從

            ACA汲取的電流,因為要求保證VBUS_OTG的電平始終大于VACA_OPR min,汲取電流過大可能將

           VBUS_OTG拉低至VACA_OPR min以下。

           6.2.3 Micro ACA Architecture Micro ACA結構

                 Figure 6-3 是Micro ACA的結構

                 Figure 6-3 Micro ACA Architecture 

                  Accessory Switch控制VBUS_OTG 和 VBUS_ACC之間的電流通斷。Charger Switch控制VBUS_CHG 和

           VBUS_OTG之間的電流通斷。

                  Adapter Controller有如下的功能:

                (1)讀ID_ACC pin的狀態(grounded or floating)

                (2)在ID_OTG pin上使能一種狀態, (RID_GND, RID_A, RID_B, RID_C or RID_FLOAT)

                (3)使用DP_CHG and DN_CHG pins 檢測Charger Port是否連接到了充電器上

                (4)讀取 VBUS_ACC pin上的電壓

                (5)控制 Charger 和 Accessory Switches

           6.2.4 Micro ACA Modes of Operation Micro ACA的工作模式

                  Micro ACA的工作模式見Table 6-2, 這個表假設OTG Port連接的總是OTG device。

                  Table 6-2 Micro ACA Modes of Operation

 

           備注 1) Open是指switch的高阻態,即不導通。 Closed 是指switch低阻態,即導通。                   在第5行和第7行,充電器連接到了Micro ACA Charger Port,Accessory Port沒連接設備或者連接到

                   Accessory Port的A-device并沒驅動VBUS。 ACA使能ID PIN上的 RID_B 電阻向 OTG device表明ACA可

                  以對它充電,并允許OTG device發起SRP請求。OTG device不能建立連通(這意味著OTG device要保持

                  DP_OTG在低電平)。這是因為如果連接到Accessory Port的 A-device如果沒有驅動VBUS,根據USB

                  spec規定,數據線要保持在低電平。                   PS: Micro ACA的Accessory Port連接A-device,在什么情況下才能和OTG-Port的B-device建立連通?

                  參見第3,4行。 

                  第8行,充電器連接到了Micro ACA的Charger Port, Accessory Port上連接了使能VBUS的A-device。

                   ACA使能ID PIN上的電阻RID_C向OTG Port上的OTG B-device表明ACA可以對它充電,并且可以建立連

                  通。但是OTG Port的OTG B-device不能發起SRP,因為A-device已經使能了VBUS (PS:這個解釋沒看明  

                  白,Accessory switch open,怎么發起SRP?答:這里的SRP是指OTG Port上的B-Device對Charger Port

                  上的充電器發起的). 

                  第6行,充電器連接到了Micro ACA的Charger Port,B-device連接到了Accessory Port。ACA使能ID PIN上

                  的電阻RID_A向OTG Port上的OTG device表明ACA可以對它充電,并且表示OTG Port上的OTG device作

                  為host。

           6.2.5 Implications of not Supporting Micro ACA Detection 不支持Micro ACA檢測的影響

                  OTG的附錄僅僅定義了ID PIN的 floating(懸空) and ground 狀態。floating state定義是ID PIN的對地電

           阻大于1M,ground state的定義是ID PIN的對地電阻小于10Ω。因為RID_A, RID_B and RID_C的阻值是介于懸

           空和接地電狀態的阻值之間,所以一個不支持ACA檢測的OTG device有可能把ACA的阻值判斷為floating。

轉載自:

http://blog.csdn.net/wlwl0071986/article/details/43307967


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