快充过程中电源适配器与手机是如何通信的？
最后更新：2020-04-10 12:32:04 手机定位技术交流文章
消费电子产品已经进入快速充电时代。快速充电期间，电源适配器如何与手机通信？今天，我将带您从协议层面了解快速收费，并领略快速收费协议的神秘之处。
快速充电协议简介
顾名思义，快速充电就是给手机快速充电。通过软硬件技术手段，调整手机的电压和电流输入值，从而缩短手机的充电时间，打破传统的5V/1A模式。提高充电速度的方法不超过三种:电流不变，电压升高；电压不变，电流增加。电压和电流都会增加。
随着市场需求的扩大，高压恒流、低压大电流、高压大电流三种模式已经出现并得到完善。对于这三种模式，每个制造商都有不同的选择，因此产生了许多快速充电协议。目前，主流是PD快速充电、高通公司的QC2.0/3.0、联合开发的PE协议、oppo、vivo flash充电、华为的SCP等。为了规范快速充电标准，通用串行总线标准组织(USB标准化组织)发布了USB PD 3.0的重要更新，旨在统一快速充电的技术规范方案，不允许USB接口通过非USB PD协议进行电压调整。谷歌还宣布，安卓7.0或更高版本手机携带的快速充电协议必须支持局部放电协议，这加快了局部放电快速充电协议的统一。让我们以USB-PD为例，向您展示对手机快速充电的全面理解。
USBPD充电原理
通用串行总线电源传输(USBPD)是通用串行总线中频组织开发的当前主流快速充电协议之一，可将当前最大功率为5V/2A的默认c类接口增加到100瓦。并且可以进行双向甚至联网输电，具有系统级供电方案。
图1 USBPD通信电缆
USBPD通信通过调制VBUS上耦合交流的FSK信号(24兆赫兹)实现半双工通信，从而实现手机和充电器的充电过程。
信源终端和信宿终端分别代表手机内部的适配器终端和芯片信宿控制器，从USB通信传输的角度来看，可以理解为主设备和从设备。
当电缆连接时，PD协议的SOP通信在CC线路(c类接口通信配置通道)上开始，以选择功率传输规格。在这一部分中，宿端向源端询问可提供的电源配置参数(5V/9V/12V/15V/20V)。
图2是包括USBPD协议的c类系统的计费原理框图
以手机终端和适配器的9V充电为例，整体流程如下:
通用串行总线OTG终端(从设备:适配器终端)监控VBUS上的电压状态。如果VBUS电压为5V，并且检测到OTG的标识引脚为1K下拉电阻，则电缆支持USBPD通信，此时通信过程开始。
图3局部放电通信波形电平变化
宿端发起SOP(起始部分)，在源端启动USBPD设备管理器，并申请获取源端能够提供的规范数据；
源终端回复可以提供的规范列表，即根据USBPD规范分析消息，得到适配器支持的所有电压和电流列表对；
宿端返回到所选的电压规格，即选择一个电压和电流对，携带所需的电流参数，并发出相应的请求；
SOURSE适配器在内部解码和转换后接受请求，调整适配器输出，并将VBUS电缆从5V提升到9V；
手机收到信息后，宿端将调整充电电压和电流，直到SOURSE端的VBUS电缆达到9V并达到稳定充电。
在充电过程中，手机可以动态发送信息要求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电过程。
通用串行总线协议分析计划
PD协议的通信码为双相标志码，通过CC引脚进行通信，如图所示。
图4 BMC通信电缆
BMC码是一种单线通信码。数据1的传输需要高电平和低电平之间的切换过程，而0的传输是固定的高电平或低电平。每个数据包包含0/1个交替的前同步码。所有分组数据传输过程都是从分组数据、起始码、包头、数据位、循环冗余码和结束码(EOP)开始的。
图5局部放电传输数据
对于BMC编码通信，从数据流的测试节点开始，可以使用分析仪进行分析，或者使用具有协议解码功能的示波器进行直接解码，抓取每个数据包，获取数据包的消息参数。
图6协议规划
如图所示，这是示波器在测试节点获取的CC引脚上的局部放电通信波形。由此可以看出，BPD协议有很多比特，解码更加复杂。但是，通过示波器的协议解码功能，可以在短时间内快速解决完整的消息，大大提高了工程师的工作效率和直观体验。
图7 zds示波器的USBPD解码
图8局部放电协议控制下的电压上升过程
图9分析了双变焦模式下的局部放电解码协议
目前，ZDS系列示波器不仅支持USBPD协议解码，还支持QC2.0/3.0协议解码，能够满足当前主流快速充电协议的解码要求。此外，在高达512兆的大容量存储机制下，ZDS系列示波器可以在极长时间内支持真实波形的解码和恢复，并完全监控通信过程。并具有双ZOOM分析功能。需要统计数据的波形可以由主时基捕获。Zoom1可以定位一段时间的特征值，然后Zoom2可以放大波形细节，观察瞬时信号的变化，大大提高了工程师测试的便利性。
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