Soutien technique

Soutien de service

Épreuves

Produits recommandés

USB-C Power Delivery - Qu’est-ce qui rend un câble USB-C à charge rapide?

23 août 2022
USB-C Power Delivery - Qu’est-ce qui rend un câble USB-C à charge rapide?


Avant l’apparition de l’interface Type-C, le câble USB n’était autorisé à fournir que 2,5 W de puissance, tandis que le câble USB Type-C permettait une puissance maximale de 5V / 3A (15W). Si le protocole Power Deliver () est adopté, la tension et le courant peuvent être augmentés à 20V / 5A (100W), ce qui permet l’alimentation de gros appareils via l’interface USB, comme charger un ordinateur portable avec une grande batterie.

Mais, Qu’est-ce qui rend un câble USB-C à charge rapide?

First, Passons en revue l’interface USB-C et le câble USB-C

1.Définition de la fonction du code PINsd’USB Type-C

Type-C est une forme d’interface USB. C’est le seul connecteur USB qui ne se soucie pas de l’avantcôtéet retourcôtélorsqu’il est inséré. Il prend en charge la charge standard USB, la transmission de données, la transmission vidéo, la transmission audio, la sortie d’affichage et d’autres fonctions.





Une autre différence entre l’USB Type-C et les normes plus anciennes est sa capacité à double rôle. Les deux extrémités de chaque câble USB Type-C sont en miroir, ce qui signifie que les deux périphériques connectés doivent communiquer entre eux pour déterminer s’ils doivent exister en tant qu’hôte ou périphérique. La communication des rôles doit être effectuée séparément pour les données et l’alimentation, et ce travail doit être effectué après la connexion du câble.

Le port hôte utilisé pour la communication de données est appelé port orienté en aval (DFP) et le port périphérique est appelé port orienté amont (UFP). En termes d’alimentation, l’extrémité de l’alimentation est appelée l’extrémité source (Source), et l’extrémité de consommation d’énergie est appelée l’extrémité du récepteur (Sink). Certains périphériques peuvent avoir à la fois la fonctionnalité DRD (Dual Roles of Data) sur les données et la fonctionnalité DRP (Dual Roles of Power) sur l’alimentation. Le CCfildéfinit le rôle de l’alimentation lors de la connexion entre les deux appareils, en communiquant via le Type-C « Configuration Channel Pin CC »



2. Comment un câble USB-C vers USB-C est-il connecté ?

Le schéma de câblage du câble USB-C vers USB-C GEN 2 complet est le suivant, fourni par P-Shine Electronic Tech Ltd.

État (1) Connexion directe non inversée



L’image ci-dessus montre la connexion lorsque le câble estNon retourné. De la prise de gauche à la prise de droite, la paire RX1 est connectée à la paire RX1, la paire RX2 est connectée à la paire RX2; D+ est connecté à D+, D- est connecté à D-, SBU1 est connecté à SBU2 et CC1 est connecté à CC1. .

Parfois, les VCONN aux deux extrémités du câble n’ont pas besoin d’être connectés (B5 à B5). Lorsque l'marqueLa puce (E-mark) est installée sur le PCB du connecteur USB-C, le B5 de la fiche gauche et le B5 de la fiche droitebesoinêtre connectés les uns aux autres

État (2)Fconnexion lipped



Lorsque la fiche et la prise à gauche restent les mêmes, et la prise à droiteaussireste la même, mais la fiche à droite change d’un côté à l’autre (USB-C prend en charge l’insertion avant et arrière), la connexion USB-CRetourné

Dans ce cas, de la prise de gauche à la prise de droite, la paire RX1 est connectée à la paire TX2, la paire RX2 est connectée à la paire TX1, D+ est toujours connectée à D+, D- est toujours connectée à D-, SBU1 Connectez-vous à SBU1, SBU2 à SBU2 et CC1 connecté à CC2 via le CCfil. Désormais, les données à haut débit sont transmises via RX1+/- et TX1+/- à gauche à TX2+/- et RX2+/- à droite.

Les fiches gauche et droitepouvoirêtre retourné. Il semble qu’il existe quatre méthodes de connexion différentes au total, mais il n’y en a en fait que deux, directe (retourner les deux extrémités en même temps équivaut à direct) et unilatéraleEd.

Par conséquent, vous pouvez voir quatre paires de paires de signaux haute vitesse dans le câble 3.1 du câble USB-C vers USB-C, mais seulement deux paires fonctionnent en même temps, wLorsque la fiche unilatérale est retournée, les deux autres paires de signaux libres peuvent remplacer la paire de travail d’origines. Ou lorsque les rôles de l’hôte et du périphérique pour l’alimentation ou le transfert de données changent, les paires de signaux sont constamment basculées.

Dans le système USB 3.1, les paires de données RX/TX doivent être configurées pour chaque état de connexion possible à l’aide d’un multiplexeur afin que la communication correcte puisse être formée.La figure ci-dessous montre les possibilités de routage des paires de données entre les ports USB Type-C, l’orientation de la fiche et de la prise peut être connue en mesurant l’état de CC1 / CC2 sur chaque terminal, le contrôleur logique CC peut ensuite compléter la configuration de routage du multiplexeur, soit dans le multiplexeur, soit dans le chipset USB.




3. USB-C Power Delivery - Qu’est-ce qui rend un câble USB-C à charge rapide?

USB PD3.0 est uniquement lié à l’alimentation du câble et n’a rien à voir avec la transmission de données. Les câbles de charge USB-A traditionnels ne peuvent être que deux fils, VBUS et Gound. Cependant, un câble USB-C vers USB-C conforme à 3.0 nécessite au moins trois fils, VBUS, Gound et CC (Channel Configuration).

Dans un câble USB Type-C qui n’utilise pasunPower Transfer Protocol, la méthode de transfert de puissance de l’extrémité source à l’extrémité du récepteur est illustrée dans la figure ci-dessous



L’extrémité source du câble USB Type-C contient toujours un commutateur MOSFET pour allumer / éteindre VBUS, il peut avoir la capacité de détecter le courant VBUS, sa fonction principale est de détecter les conditions de surintensité,le circuit de décharge VBUS qu’il contient commencera à fonctionner en cas de surintensité. Les circuits de détection de CC1 et CC2 existent à la fois aux extrémités source et puits.

Le rôle du CC (Channel Configuration)filconsiste à configurer l’alimentation de deux appareils connectés. Initialement, il n’y a pas d’alimentation sur le VBUS de l’interface USB Type-C. Le système doit définir le rôle de l’appareil lors de la connexion par câble.L’appareil avec la tension de la ligne CC sur la prise tirée vers le haut sera défini comme le fournisseur d’énergie (source), tandis que l’appareil avec la tension tirée vers le bas sera défini comme le consommateur d’énergie (puits).



La figure ci-dessus montre comment déterminer le rôlesde l’alimentation et de la consommation d’énergie, de l’orientation du câble et de la capacité d’alimentation en courant. Les CC1 et CC2 à l’extrémité source sont tirés haut par la résistance Rp, et le CC1/CC2 surveillé est toujours à haute tension lorsque rien n’est connecté. Une fois le puits connecté, la tension de CC1 ou CC2 est tirée vers le bas par la résistance Rd. Comme il n’y a qu’un seul fil CC dans le câble, la source peut dire lequelcôté de l'CC est tiré vers le bas. La tension de CC1/CC2 au niveau de l’évier est également surveillée, once a CCfils’avère être tiré vers le haut, le changement de son niveau de tension permettra au puits de connaître la capacité d’alimentation actuelle de la source. La résistance de traction Rp dans le circuit peut également être remplacée par une source de courant, qui est facile à mettre en œuvre dans un circuit intégré et peut être immunisée contre les erreurs de tension d’alimentation V +.

La valeur définie de la résistance de traction Rd au niveau de l’évier est de 5,1KΩ, donc la tension du CCfilest déterminée par la valeur de la résistance de traction Rp à la source (ou la valeur actuelle de la source actuelle). Il y a 3 niveaux de courant de bus qui ont été définis. Le CC le plus basfilla tension (environ 0,41 V) correspond à la spécification d’alimentation USB par défaut (500 mA pour USB 2.0 ou 900 mA pour USB 3.0), et au CC supérieurfiltension (environ 0,92 V) ) correspond à une capacité de courant de 1,5 A. Si le CCfilla tension est d’environ 1,68 V, le correspondantMLa capacité d’alimentation en courant aximum est de 3A. Les données pertinentes peuvent se référer à la figure suivante



La figure ci-dessous illustre un cas de mesure dans lequel le côté alimentation électrique (Source) est raccordée au côté de la consommation d’énergie (Sencre), à l’aide d’un câble USB-C vers USB-C normal.

Initialement, CC1 et CC2 sur le support source sont tirés vers le haut à une tension élevée par la résistance Rp, et CC1 et CC2 sur l’évier sont tirés vers le bas à une basse tension par la résistance de traction Rd.

Une fois le câble connecté, CC1 ou CC2 est tiré vers le haut à une tension plus élevée en fonction de la direction d’insertion du câble. Le câble dans ce cas n’est pas à l’état retourné, le CC1 à l’extrémité source et le CC1 à l’extrémité du récepteur sont connectés,une fois que la tension sur CC1 est affectée par Rp et Rd, une nouvelle valeur apparaît, cette tension sera mesurée par le puits et donc savoir quelle est la capacité d’alimentation en courant de la source.

Dans ce cas, la tension de CC1 après connexion est d’environ 1,65V, ce qui signifie que la source peut fournir un courant maximum de 3A.

Après le CCfilla connexion est établie, la tension 5V sur VBUS sera activée.

Dans les systèmes sans protocole de distribution d’alimentation, la capacité d’alimentation en courant sur le bus est déterminée par Rp/Rd, mais la source ne fournit que 5 V



Après avoir adopté le protocole Power Delivery (), la tension de bus du système USB Type-C peut être augmentée jusqu’à un maximum de 20 V, la communication entre la source et le récepteur concernant la tension et le courant du bus est accomplie en transmettant des codes BMC série sur le fil CC

Le schéma de trame système du système USB Type-C, y compris le protocole de la sourcecôtéà l’éviercôtéest illustré dans la figure ci-dessous



Comme le montre la figure ci-dessus, le côté source contient un convertisseur de tension, qui est contrôlé par le contrôleur côté source. Le convertisseur de tension peut être un convertisseur Buck, Boost, Buck-Boost ou flyback en fonction des conditions de tension d’entrée et des exigences de tension de bus les plus élevées. Communication DP par l’intermédiaire du CCfilest également sous le contrôle du contrôleur. Le système USB a également besoin d’un commutateur pour basculer l’alimentation Vconn sur un CCfil.

Lorsque la connexion du câble est établie, la communication SOP du protocole commence via le CCfilPour sélectionner la spécification de transmission de puissance,Le récepteur demandera les paramètres de configuration de l’alimentation (données de tension et de courant du bus) que la source peut fournir. Depuis la demande de puissance du sencreLa fin est souventapparentéà l’appareil connecté aucouler(comme un chargeur), le contrôleur de système embarqué du Sencreend doit communiquer avec le contrôleur de l’extrémité source pour déterminer les spécifications correspondantes.

La figure ci-dessous illustre un exemple de contrôleur en panne nécessitant une tension de bus plus élevée.



La communication entre le récepteur et la source sur le CCWire ressemble aux étapes suivantes :

1. Le sLe côté encre s’applique pour obtenir les données de capacité du côté source.

2. La source fournit ses données de capacité.

3. Le récepteur sélectionne les paramètres de configuration de l’alimentation appropriés à partir des informations de données de capacité fournies par la source et envoie une demande correspondante.

4. La source accepte la demande et modifie la tension du bus au paramètre correspondant. Lors des changements de tension du bus, la consommation de courant de l’évier est maintenue aussi faible que possible. Le processus d’augmentation de la tension du bus à l’extrémité source est effectué en fonction de la vitesse d’élévation de tension définie.

5. Une fois que la tension du bus atteint la valeur finale, la source attend que la tension du bus se stabiliseEt puisEnvoi d’un signal Power Ready aucouler unA ce stade, l’évier peut augmenter sa consommation de courant. Le même processus de communication se produit lorsque le récepteur veut que la tension du bus baisse, pendant la chute de tension du bus, la source active un circuit de dérivation qui réduit rapidement la tension du bus grâce à la décharge active du bus. Après avoir atteint la valeur nominale, la source attendra un peu plus longtemps que la tension du bus se stabilise avant d’envoyer un signal prêt à l’alimentation au consommateur

Cette méthode de communication garantit que tout changement de puissance sur le bus est dans les capacités de la source et du récepteur, évitant ainsi des conditions incontrôlables. Lorsque la connexion du câble de type C est déconnectée, l’alimentation du bus est également coupée. UnLa nouvelle connexion fera certainement la détection de connexion par câble, et la tension est toujours à 5V, de sorte queilPeut éviter la haute tension lorsque le câble est connecté d’un appareil à un autre.

La communication USB utilise le code BMC (Bi-phase Mark Code), qui est un code de communication à ligne unique. La transmission de données 1 nécessite un processus de commutation entre hautes et basses tensions, et la transmission de données 0 Il s’agit d’une haute tension fixe ou basse tension. Chaque paquet de données contient un préambule alterné 0/1, un début de paquet (SOP), un en-tête de paquet, des octets de données d’information, un code de redondance cyclique CRC et un code de fin de paquet (fin de paquet). Packet, EOC), voir la figure ci-dessous :



La figure ci-dessous montre la forme d’onde d’une communication qui nécessite une augmentation de tension de bus de dense à étendue. La séquence du préambule peut être vue à partir de la dernière forme d’onde étendue.



Les données de communication BMC peuvent être décodées avec un décodeur USB, tel que l’analyseur EX350 d’Ellisys. Avec cet outil, les données de communication peuvent être capturées et la signification de chaque paquet de données est affichée, qui contient des données liées au temps telles que la valeur de tension du bus, la forme d’onde sur le CCfil, etc., voir la figure ci-dessous




4.Liste de configuration de l’alimentation

La spécification USB 3.0 définit la liste de configuration d’alimentation suivante :



Il y a 4 valeurs de tension distinctes qui sont prédéfinies: 5V, 9V, 15V et 20V. Pour 5V, 9V et 15V, le courant maximum est de 3A. Dans une configuration 20V, si le câble est normal, la sortie maximale autorisée est de 20V/3A(60W). Si un câble spécialement personnalisé avecELectronicMark (E-Mark)est utilisé, les données correspondantes peuvent être agrandies à 20V/5A(100W). Un système qui prend en charge la tension et la puissance les plus élevéesgradedoit également prendre en charge toutes les tensions et puissances inférieuresgrades.


5. Câble avecELectronicMark (E-Mark) et Comment fonctionne une puce E-Mark?

La spécification USB Type-C définit une variété de câbles avec des spécifications différentes. Il n’y a pas d’exigences particulières pour un câble USB 2.0 basse vitesse. Mais pour les câbles USB 3.1 qui prennent en chargesupertransmission rapide de données, ou câbles avec des courants supérieurs à 3A,ELectronicMarquedoit être utilisé. Le câble illustré dans la figure ci-dessous contient un circuit intégré dont la fonction est d’identifier les caractéristiques du câble. Ce câble animé peut également contenir un circuit intégré pour la mise en forme du signal, qui nécessitent tous l’alimentation du VCONNWierdu câble.



Le Vconn dans le câble contenant leELectronicMarquepuce contient une résistance pull-down Ra de 1KΩ, et sa valeur est inférieure à celle de la résistance Rd, qui est généralement de 5,1 kΩ. Lorsqu’un tel câble est inséré, l’extrémité source verra la chute de tension de CC1 et CC2. Le changement de tension spécifique indiquera à l’hôte quifinest tiré vers le bas par la résistance de 5,1 kΩ de l’extrémité de l’évier,et quifinest tiré vers le bas par le 1KΩ résistance du câble, donc tLa direction d’insertiondu câblepeut être déterminée. L’effet pull-down de Ra permet également à l’extrémité source de savoir que VCONN a besoin d’une alimentation 5V, elle doit donc fournir de l’énergie à l’extrémité CC pour répondre aux besoins en énergie duELectronicMarque.



La figure ci-dessous montre un cas de test,WhIchL’extrémité de l’alimentation (source) est connectée à l’extrémité de consommation d’énergie (récepteur) par un câble avec unELectronicMarque, et le câble est dans un état retourné. On peut voir que lorsque le câble est connecté, un CCfilà l’extrémité source est tirée à une très basse tension par un 1KΩ résistance du côté VCONN.

La sourcefindétectera cette tension et saura que le câble contient unELectronicPuce de marque, il connectera donc le 5V VCONN au CCfilpour alimenter le circuit interne du câble.

La communication de DP qui se produit plus tard inclura la communication entre la source et leELectronicMarque(appelées SOP' ou SOP »),et la communication entre la source et le puits (appelée SOP)




6.Double rôle de l’alimentation électrique

Certains périphériques USB Type-C peuvent être utilisés à la fois comme source et récepteur, et ils sont appelés périphériques qui prennent en charge deux rôles (Dual Role for Power, DRP). Les bornes CC1 et CC2 de cet appareil sont dans un état d’alternance de hauts et de bas niveaux. Avant l’interconnexion, une fois la connexion établie, les bornes CC des deux changent, comme indiqué dans la figure ci-dessous.


Dans ce cas, le périphérique DRP sur la gauche est sélectionné comme source et le périphérique DRP sur la droite est sélectionné comme récepteur. Cette situation peut également être inversée, sauf si un périphérique DRP a été configuré pour sourcer en premier (par exemple, lorsqu’il est alimenté par un adaptateur secteur externe) ou pour couler en premier (par exemple, lorsqu’il est alimenté par une batterie).

Le changement de rôle d’alimentation peut également se produire pendant la connexion, à condition que l’un des deux périphériques DRP lance la demande de changement de rôle. La figure suivante illustre le processus de changement de rôle.






 

Copyright 2019 Tous droits réservés.

Liens: