الدعم الفني

دعم الخدمة

احداث

المنتجات الموصى بها

توصيل طاقة USB-C - ما الذي يجعل كابل USB-C سريع الشحن؟

أغسطس 23, 2022
توصيل طاقة USB-C - ما الذي يجعل كابل USB-C سريع الشحن؟


قبل ظهور واجهة Type-C ، سمح لكابل USB بتوفير 2.5 واط فقط من الطاقة ، بينما سمح كابل USB من النوع C بالطاقة القصوى حتى 5 فولت / 3 أمبير (15 واط). إذا تم اعتماد بروتوكول Power Deliver (PD) ، فيمكن زيادة الجهد والتيار إلى 20 فولت / 5 أمبير (100 واط) ، مما يسمح بإمداد الطاقة للأجهزة الكبيرة من خلال واجهة USB ، مثل شحن جهاز كمبيوتر محمول ببطارية كبيرة.

ولكن ، ما الذي يجعل كابل USB-C سريع الشحن؟

Fايرست, دعنا نراجع واجهة USB-C وكابل USB-C

1. تعريف وظيفة PINsمن USB من النوع C

Type-C هو شكل من أشكال واجهة USB. إنه موصل USB الوحيد الذي لا يهتم بالجبهة جنب والعودةجنبعندما يتم إدخاله. وهو يدعم الشحن القياسي USB ونقل البيانات ونقل الفيديو ونقل الصوت وإخراج الشاشة وغيرها من الوظائف.





هناك اختلاف آخر بين USB Type-C والمعايير القديمة وهو قدرته على الدور المزدوج. يتم عكس طرفي كل كبل USB من النوع C ، مما يعني أنه يجب أن يتصل الجهازان المتصلان ببعضهما البعض لتحديد ما إذا كان يجب أن يكونا موجودين كمضيف أو جهاز طرفي. يجب إجراء اتصال الأدوار بشكل منفصل للبيانات والطاقة ، ويجب تنفيذ هذا العمل بعد توصيل الكابل.

يسمى المنفذ المضيف المستخدم لاتصال البيانات المنفذ المواجه للتنزيل (DFP) ، ويسمى المنفذ المحيطي المنفذ المواجه للمنبع (UFP). من حيث مصدر الطاقة ، يطلق على نهاية مصدر الطاقة نهاية المصدر (المصدر) ، وتسمى نهاية استهلاك الطاقة نهاية الحوض (الحوض). يمكن أن تحتوي بعض الأجهزة على كل من إمكانية الأدوار المزدوجة للبيانات (DRD) على البيانات وإمكانية الأدوار المزدوجة للطاقة (DRP) على مصدر الطاقة. اللجنة المركزية سلكيحدد دور مصدر الطاقة أثناء الاتصال بين الجهازين ، والاتصال عبر Type-C "Configuration Channel Pin CC"



2. كيف يتم توصيل كابل USB-C إلى USB-C؟

مخطط الأسلاك لكابل USB-C إلى USB-C GEN 2 كامل الميزات هو كما يلي ، مقدم من P-Shine Electronic Tech Ltd.

الحالة (1) اتصال مباشر غير مقلوب



توضح الصورة أعلاه الاتصال عندما يكون الكبل غير مقلوب. من المقبس الموجود على اليسار إلى المقبس الموجود على اليمين ، يتم توصيل زوج RX1 بزوج RX1 ، ويتم توصيل زوج RX2 بزوج RX2 ؛ D + متصل ب D + ، D- متصل ب D- ، SBU1 متصل ب SBU2 ، و CC1 متصل ب CC1. .

في بعض الأحيان ، لا يلزم توصيل VCONNs على طرفي الكبل (B5 إلى B5). عندما الإلكترونية ماركيتم تثبيت شريحة (E-mark) على ثنائي الفينيل متعدد الكلور لموصل USB-C ، و B5 للقابس الأيسر و B5 للقابس الأيمن احتياجتكون متصلة ببعضها البعض

دولة (2) Fاتصال شفاه



عندما يظل القابس والمقبس على اليسار كما هو ، والمقبس على اليمين أيضًا يظل كما هو ، لكن القابس الموجود على اليمين يتغير من جانب إلى آخر (يدعم USB-C الإدخال الأمامي والخلفي) ، اتصال USB-C انقلبت

في هذه الحالة ، من المقبس الموجود على اليسار إلى المقبس الموجود على اليمين ، يتم توصيل زوج RX1 بزوج TX2 ، وزوج RX2 متصل بزوج TX1 ، ولا يزال D + متصلا ب D + ، ولا يزال D- متصلا ب D- ، و SBU1 الاتصال ب SBU1 ، و SBU2 ب SBU2 ، و CC1 متصل ب CC2 عبر CC سلك. الآن ، يتم إرسال البيانات عالية السرعة عبر RX1 + / - و TX1 + / - على اليسار إلى TX2 + / - و RX2 + / - على اليمين.

كل من المقابس اليمنى واليسرى يمكنأن تنقلب. يبدو أن هناك أربع طرق اتصال مختلفة في المجموع ، ولكن هناك في الواقع طريقتان فقط ، مباشرة (قلب كلا الطرفين في نفس الوقت يعادل مباشر) والوجه من جانب واحداد.

لذلك ، يمكنك رؤية أربعة أزواج من أزواج الإشارات عالية السرعة في كابل 3.1 من USB-C إلى كابل USB-C ، ولكن هناك زوجان فقط يعملان في نفس الوقت، ثالدجاجة من جانب واحد المكونات انقلبت ، قد يحل زوجا الإشارة الحرة الآخران محل زوج العمل الأصليs. أو مع تغيير الأدوار المضيفة والطرفية لإمدادات الطاقة أو نقل البيانات ، يتم تبديل أزواج الإشارات باستمرار.

في نظام USB 3.1 ، يجب تكوين أزواج بيانات RX / TX لكل حالة اتصال محتملة باستخدام مضاعف الإرسال بحيث يمكن تكوين الاتصال الصحيح.يوضح الشكل أدناه إمكانيات توجيه أزواج البيانات بين منافذ USB من النوع C ، ويمكن معرفة اتجاه القابس والمقبس عن طريق قياس حالة CC1 / CC2 على كل طرف ، ويمكن لوحدة التحكم المنطقية CC بعد ذلك إكمال تكوين التوجيه لمضاعف الإرسال ، إما في مضاعف الإرسال أو في مجموعة شرائح USB.




3. توصيل طاقة USB-C - ما الذي يجعل كابل USB-C سريع الشحن؟

يرتبط USB PD3.0 فقط بمصدر طاقة الكبل ، ولا علاقة له بنقل البيانات. يمكن أن تكون كبلات شحن USB-A التقليدية سلكين فقط ، VBUS و Gound. ومع ذلك ، يتطلب كبل USB-C إلى USB-C الذي يتوافق مع PD 3.0 ثلاثة أسلاك على الأقل ، VBUS و Gound و CC (تكوين القناة).

في كبل USB من النوع C لا يستخدم aبروتوكول نقل الطاقة ، تظهر طريقة نقل الطاقة من طرف المصدر إلى نهاية الحوض في الشكل أدناه



يحتوي الطرف المصدر لكابل USB من النوع C دائما على مفتاح MOSFET لتشغيل / إيقاف تشغيل VBUS ، وقد يكون لديه القدرة على اكتشاف تيار VBUS ، وتتمثل وظيفته الرئيسية في اكتشاف ظروف التيار الزائد ،ستبدأ دائرة تفريغ VBUS الموجودة فيه في العمل عند حدوث التيار الزائد. توجد دوائر الكشف CC1 و CC2 في كل من نهايات المصدر والمغسلة.

دور CC (تكوين القناة) سلكهو تكوين مصدر الطاقة لجهازين متصلين. في البداية ، لا يوجد مصدر طاقة على VBUS لواجهة USB من النوع C. يحتاج النظام إلى تحديد دور الجهاز أثناء توصيل الكابل.سيتم تعريف الجهاز الذي يحتوي على جهد خط CC على المقبس الذي تم سحبه لأعلى على أنه مورد الطاقة (المصدر) ، بينما سيتم تعريف الجهاز الذي تم سحب الجهد لأسفل على أنه مستهلك الطاقة (الحوض).



يوضح الشكل أعلاه كيفية تحديد الدورsمن إمدادات الطاقة واستهلاكها ، وتوجيه الكابلات ، وقدرة الإمداد الحالية. يتم سحب CC1 و CC2 في نهاية المصدر عاليا بواسطة المقاوم Rp ، ويكون CC1 / CC2 الخاضع للمراقبة دائما بجهد عال عندما لا يتم توصيل أي شيء. بمجرد توصيل الحوض ، يتم سحب جهد CC1 أو CC2 لأسفل بواسطة المقاوم Rd . نظرا لوجود سلك CC واحد فقط في الكابل ، يمكن للمصدر معرفة أي جانب من يتم سحب CC منخفضة. يتم أيضا مراقبة جهد CC1 / CC2 في الحوض، سnce a CC سلكتم العثور على أن يتم سحبها ، فإن التغيير في مستوى الجهد الخاص به سيسمح للحوض بمعرفة قدرة الإمداد الحالية للمصدر. يمكن أيضا استبدال مقاوم السحب Rp في الدائرة بمصدر تيار ، وهو سهل التنفيذ في دائرة متكاملة ويمكن أن يكون محصنا ضد أخطاء جهد الإمداد V +.

القيمة المحددة للمقاوم المنسدل Rd عند الحوض هي 5.1KΩ ، وبالتالي فإن الجهد من CC سلكيتم تحديده من خلال قيمة المقاوم المسحوب Rp عند المصدر (أو القيمة الحالية للمصدر الحالي). هناك 3 مستويات من تيار الحافلة التي تم تعريفها. أدنى CC سلكيتوافق الجهد (حوالي 0.41 فولت) مع مواصفات طاقة USB الافتراضية (500 مللي أمبير ل USB 2.0 أو 900 مللي أمبير ل USB 3.0) ، وأعلى CC سلكالجهد (حوالي 0.92 فولت) ) يتوافق مع القدرة الحالية من 1.5A. إذا كان CC سلكالجهد حوالي 1.68 فولت ، المقابل Mقدرة العرض الحالية من أكسيموم هي 3A. يمكن أن تشير البيانات ذات الصلة إلى الشكل التالي



يوضح الشكل أدناه حالة قياس يكون فيها جانب مصدر الطاقة (SOURCE) متصل بجانب استهلاك الطاقة (Sبالحبر)، باستخدام كابل USB-C عادي إلى USB-C.

في البداية ، يتم سحب كل من CC1 و CC2 على مقبس المصدر إلى جهد عال بواسطة المقاوم Rp ، ويتم سحب كل من CC1 و CC2 على الحوض إلى جهد منخفض بواسطة المقاوم المنسدل Rd.

بعد توصيل الكبل ، يتم سحب CC1 أو CC2 إلى جهد أعلى اعتمادا على اتجاه إدخال الكابل. الكبل في هذه الحالة ليس في حالة مقلوبة ، يتم توصيل CC1 في نهاية المصدر و CC1 في نهاية الحوض ،بعد أن يتأثر الجهد على CC1 ب Rp و Rd ، تظهر قيمة جديدة ، سيتم قياس هذا الجهد بواسطة الحوض وبالتالي معرفة قدرة الإمداد الحالية للمصدر.

في هذه الحالة ، يبلغ جهد CC1 بعد التوصيل حوالي 1.65 فولت ، مما يعني أن المصدر يمكنه توفير تيار أقصى يبلغ 3 أمبير.

بعد CCسلكتم إنشاء اتصال ، سيتم تشغيل الجهد 5V على VBUS.

في الأنظمة التي لا تحتوي على بروتوكول توصيل الطاقة ، يتم تحديد قدرة الإمداد الحالية على الحافلة بواسطة Rp / Rd ، لكن المصدر يوفر 5 فولت فقط



بعد اعتماد بروتوكول توصيل الطاقة (PD) ، يمكن زيادة جهد الناقل لنظام USB Type-C إلى 20 فولت كحد أقصى، يتم تحقيق الاتصال بين المصدر والحوض فيما يتعلق بجهد الناقل والتيار عن طريق إرسال رموز BMC التسلسلية على سلك CC

مخطط إطار النظام لنظام USB من النوع C بما في ذلك بروتوكول PD من المصدر جنب إلى الحوض جنبيظهر في الشكل أدناه



كما هو موضح في الشكل أعلاه ، يحتوي جانب المصدر على محول جهد ، يتم التحكم فيه بواسطة وحدة تحكم PD من جانب المصدر. يمكن أن يكون محول الجهد عبارة عن محول Buck أو Boost أو Buck-Boost أو flyback اعتمادا على ظروف جهد الدخل وأعلى متطلبات جهد الحافلة. اتصال بيانات الأداء من خلال لجنة التنسيق سلكهو أيضا تحت سيطرة وحدة تحكم PD. يحتاج نظام USB PD أيضا إلى مفتاح لتحويل طاقة Vconn إلى CC سلك.

عند إنشاء توصيل الكبل، يبدأ اتصال الإجراء التشغيلي الموحد الخاص ببروتوكول بيانات الأداء من خلال CC سلكلتحديد مواصفات نقل الطاقة,سيطلب الحوض معلمات تكوين الطاقة (بيانات الجهد والتيار للحافلة) التي يمكن أن يوفرها المصدر. منذ الطلب على الطاقة من sحبرغالبا ما تكون النهاية ذات الصله إلى الجهاز المتصل ب جزر(مثل الشاحن) ، وحدة تحكم النظام المضمنة في sحبريحتاج end إلى التواصل مع وحدة تحكم PD في نهاية المصدر لتحديد المواصفات المقابلة.

يوضح الشكل أدناه مثالا على وحدة تحكم PD غارقة تطلب جهدا أعلى للحافلة.



الاتصال بين الحوض والمصدر على CC يبدو السلك مثل الخطوات التالية:

1. ال قينطبق جانب الحبر للحصول على بيانات القدرة الخاصة بجانب المصدر.

2. يوفر المصدر معلومات بيانات القدرة الخاصة به.

3. يختار الحوض معلمات تكوين الطاقة المناسبة من معلومات بيانات القدرة التي يوفرها المصدر ويرسل طلبا مقابلا.

4. يقبل المصدر الطلب ويعدل جهد الحافلة إلى المعلمة المقابلة. أثناء تغيرات جهد الحافلة ، يتم الاحتفاظ بالاستهلاك الحالي للحوض صغيرا قدر الإمكان. تتم عملية رفع جهد الحافلة في نهاية المصدر وفقا لسرعة رفع الجهد المحددة.

5. بعد أن يصل جهد الحافلة إلى القيمة النهائية ، سينتظر المصدر استقرار جهد الحافلة وبعد ذلكإرسال إشارة جاهزة للطاقة إلى جزر aعند هذه النقطة ، يمكن للحوض زيادة استهلاكه الحالي. تحدث نفس عملية الاتصال عندما يريد الحوض انخفاض جهد الحافلة، أثناء انخفاض جهد الناقل ، يقوم المصدر بتنشيط دائرة تحويلة تقلل بسرعة من جهد الحافلة من خلال تفريغ الحافلة النشط. بعد الوصول إلى القيمة المقدرة ، سينتظر المصدر لفترة أطول قليلا حتى يستقر جهد الحافلة قبل إرسال إشارة جاهزة للطاقة إلى المستهلك

تضمن طريقة الاتصال هذه أن أي تغييرات في الطاقة على الحافلة تكون ضمن قدرات المصدر والحوض ، وتجنب الظروف التي لا يمكن السيطرة عليها. عند فصل اتصال الكبل Type-C ، يتم أيضا إيقاف تشغيل الطاقة الموجودة على الناقل. Aسيقوم الاتصال الجديد بالتأكيد باكتشاف اتصال الكابل ، ويكون الجهد دائما عند 5 فولت ، بحيث إنهيمكن تجنب الجهد العالي عند توصيل الكابل من جهاز إلى آخر.

يستخدم اتصال USB PD رمز العلامة ثنائي الطور (BMC) ، وهو رمز اتصال أحادي السطر. يتطلب نقل البيانات 1 عملية تبديل بين الفولتية العالية والمنخفضة ، ونقل البيانات 0 إنه جهد عالي ثابت أو جهد منخفض. تحتوي كل حزمة بيانات على ديباجة بديلة 0/1 ، وبداية الحزمة (SOP) ، ورأس حزمة ، وبايت بيانات المعلومات ، ورمز التكرار الدوري CRC ، ورمز نهاية الحزمة (نهاية الحزمة). الحزمة ، EOC) ، انظر الشكل أدناه:



يوضح الشكل أدناه الشكل الموجي لاتصال PD الذي يتطلب زيادة جهد الناقل من الكثافة إلى الموسعة. يمكن رؤية تسلسل الديباجة من آخر شكل موجي موسع.



يمكن فك تشفير بيانات اتصال BMC باستخدام وحدة فك ترميز USB PD ، مثل محلل EX350 من Ellisys. باستخدام هذه الأداة ، يمكن التقاط بيانات اتصال PD وعرض معنى كل حزمة بيانات ، والتي تحتوي على بيانات متعلقة بالوقت مثل قيمة جهد الناقل وشكل الموجة على CC سلك، وما إلى ذلك ، انظر الشكل أدناه




4. قائمة تكوين الطاقة

تحدد مواصفات USB PD 3.0 قائمة تكوين موفر الطاقة التالية:



هناك 4 قيم جهد منفصلة محددة مسبقا: 5 فولت و 9 فولت و 15 فولت و 20 فولت. بالنسبة إلى 5 فولت و 9 فولت و 15 فولت ، فإن الحد الأقصى للتيار هو 3 أمبير. في تكوين 20 فولت ، إذا كان الكبل طبيعيا ، فإن الحد الأقصى المسموح به للإخراج هو 20 فولت / 3 أمبير (60 واط). إذا كان كابل مخصص خصيصا مع Eليكترونيك مارك (علامة إلكترونية)يتم استخدام ، يمكن تكبير البيانات المقابلة إلى 20V / 5A (100 واط). نظام يدعم أعلى جهد وقوة درجةيجب أن تدعم أيضا جميع الجهد المنخفض والطاقة درجةs.


5. كابل مع Eليكترونيك مارك (E-Mark) وكيف تعمل شريحة E-Mark؟

تحدد مواصفات USB Type-C مجموعة متنوعة من الكابلات بمواصفات مختلفة. لا توجد متطلبات خاصة لكابل USB 2.0 منخفض السرعة. ولكن بالنسبة لكابلات USB 3.1 التي تدعم عملاق نقل سريع للبيانات ، أو الكابلات ذات التيارات التي تتجاوز 3A ، Eليكترونيك ماركيجب استخدامها. يحتوي الكبل الموضح في الشكل أدناه على IC وظيفته تحديد خصائص الكابل. يمكن أن يحتوي هذا الكابل الحيوي أيضا على IC لتشكيل الإشارة ، وكلها تتطلب طاقة من VCONN ويرمن الكابل.



Vconn في الكابل الذي يحتوي على Eليكترونيك ماركرقاقة تحتوي على المقاوم المنسدلة Ra من 1KΩ ، وقيمته أصغر من طريق المقاوم ، والذي عادة ما يكون 5.1kΩ. عند إدخال مثل هذا الكبل ، سيشهد طرف المصدر انخفاض الجهد CC1 و CC2. سيخبر تغيير الجهد المحدد المضيف الذي انتهاءيتم سحبها لأسفل بواسطة مقاومة 5.1kΩ لنهاية الحوض, والتي انتهاءيتم سحبها لأسفل بواسطة 1Kالمقاومة Ω للكابل، لذلك راتجاه الإدراجمن الكابليمكن تحديدها. يسمح تأثير القائمة المنسدلة ل Ra أيضا لطرف المصدر بمعرفة أن VCONN يحتاج إلى مصدر طاقة 5 فولت ، لذلك يحتاج إلى توفير الطاقة لنهاية CC لتلبية متطلبات الطاقة الخاصة ب Eليكترونيك مارك.



يوضح الشكل أدناه حالة اختبار,واهمعنوييتم توصيل طرف مصدر الطاقة (المصدر) بطرف استهلاك الطاقة (الحوض) بواسطة كابل به Eليكترونيك مارك، ويكون الكبل في حالة معكوسة. يمكن ملاحظة أنه عند توصيل الكبل ، فإن CC سلكفي نهاية المصدر يتم سحبها إلى جهد منخفض جدا بواسطة 1KΩ مقاومة من نهاية VCONN.

المصدر انتهاءسيكتشف هذا الجهد ويعرف أن الكابل يحتوي على ملف Eليكترونيك رقاقة مارك، لذلك سيتم توصيل 5V VCONN ب CC سلكلتزويد الدائرة الداخلية للكابل بالطاقة.

سيتضمن اتصال PD الذي يحدث لاحقا الاتصال بين المصدر و Eليكترونيك مارك(يسمى الإجراء التشغيلي الموحد أو الإجراء التشغيلي الموحد), والاتصال بين المصدر والحوض (يسمى SOP)




6. دور مزدوج لمصدر الطاقة

يمكن استخدام بعض أجهزة USB من النوع C كمصدر وحوض ، وتسمى الأجهزة التي تدعم الأدوار المزدوجة (الدور المزدوج للطاقة ، DRP). أطراف CC1 و CC2 لهذا الجهاز في حالة تناوب المستويات العالية والمنخفضة. قبل التوصيل البيني ، بمجرد حدوث الاتصال ، ستتغير أطراف CC لكليهما ، كما هو موضح في الشكل أدناه.


في هذه الحالة ، يتم تحديد جهاز DRP على اليسار كمصدر ، ويتم تحديد جهاز DRP على اليمين كمغسلة. يمكن أيضا عكس هذا الموقف ، ما لم يتم تعيين جهاز DRP على المصدر أولا (على سبيل المثال عندما يتم تشغيله بواسطة محول طاقة خارجي) ، أو ضبطه على الغرق أولا (مثل عندما يتم تشغيله بواسطة بطارية).

يمكن أن يحدث تبديل دور الطاقة أيضا أثناء الاتصال ، طالما أن أحد جهازي DRP يبدأ طلب تبديل الدور. يوضح الشكل التالي عملية تبديل الدور هذا.






 

حقوق الطبع والنشر 2019 جميع الحقوق محفوظة.

الصلات: