随着Type-C接口在手機、電腦(nǎo)等便攜設備上(shàng)普及，日常使用(yòng)中或許會(huì)遇到(dào)如下(xià)問題。

1. 爲什(shén)麽這(zhè)個Type-C充電器充電這(zhè)麽慢？

2. 電腦(nǎo)的Type-C充電器能(néng)給手機充電嗎？

3. PD充電？Type-C充電？有什(shén)麽區(qū)别？

要解答(dá)以上(shàng)幾個問題，就得了(le)解一下(xià)基本設計(jì)了(le)。

快(kuài)充 VS 慢充

普通充電，使用(yòng)USB Type-A Standard接口轉USB Type-B Micro接口的連接線給手機充電。

充電頭端的USB Type-A Receptacle作(zuò)爲電源輸入端，連接手機端的USB Type-B Micro接口作(zuò)爲電源輸出端。

在沒有充電協議(yì)的加持下(xià)，充電器最大(dà)隻能(néng)對(duì)外(wài)提供5V@900mA（USB3.0 是 900mA，USB2.0是500mA）的充電功率。

這(zhè)是USB Type-A/B接口的硬件設計(jì)規範，那麽這(zhè)樣的設計(jì)最大(dà)提供 4.5W的充電功率。

使用(yòng)USB Type-A Plug 轉USB Type-C Plug的連接線給手機充電。

充電頭端的USB Type-A Receptacle作(zuò)爲電源輸入端，連接手機端的USB Type-C接口作(zuò)爲電源輸出端。

Type-C接口規定，Power Source端供電能(néng)力取決于cc上(shàng)的Rp電阻。

Power Sink端cc下(xià)拉Rd=5.1K，根據cc分壓即可确定Power Source端的供電能(néng)力。

一般來(lái)說，Type-A Plug轉Type-C Plug的連接線，Type-C端的Rp會(huì)聲明(míng)其支持5V@3A的供電，但(dàn)是得配套專用(yòng)的充電頭。

由于轉接線和(hé)充電頭可能(néng)不是配套的。如果充電頭端的USB Type-A Receptacle隻能(néng)提供5V@900mA，那麽即使轉接線Type-C Plug端Rp聲明(míng)爲 5V@3A，也(yě)沒法給手機最大(dà)提供5V@3A的充電功率，還有可能(néng)損壞充電頭。

在沒有充電協議(yì)的加持下(xià)，Type-C轉接線最大(dà)可以支持 5V3A的充電功率，即最大(dà)15W的充電功率。

這(zhè)就是Type-C充電，屬于硬件設計(jì)規範。

快(kuài)速充電

實際上(shàng)，不管是Type-C接口，還是Micro USB接口，都出現(xiàn)過支持超過硬件接口設計(jì)規範充電功率産品。

這(zhè)些(xiē)都是快(kuài)充協議(yì)的功勞，而且大(dà)都是利用(yòng)轉接線中的USB2.0 D+/-兩個線完成通訊。

注意，這(zhè)裏的通信不是USB通信，隻是利用(yòng)D+/-兩根線，設計(jì)的通訊協議(yì)而已。這(zhè)種協議(yì)屬于私有協議(yì)，各家設計(jì)均不相同，詳細協議(yì)此文(wén)不作(zuò)介紹。

但(dàn)是，快(kuài)充的原理(lǐ)都是通過私有協議(yì)協商後，充電器端會(huì)提高(gāo)充電電流或者充電電壓，以滿足設備快(kuài)充。

手機市場巨大(dà)，各家雖然都采用(yòng)同樣的Type-C接口作(zuò)爲充電接口，但(dàn)是基本都設計(jì)了(le)自(zì)家的私有快(kuài)充協議(yì)。

關于手機的快(kuài)充，有三點是關鍵。充電頭、充電線、充電設備。

以某手機爲例，支持最新的FCP快(kuài)充協議(yì)，在使用(yòng)原裝充電器和(hé)充電線的情況下(xià)，最大(dà)支持66W充電，就是所謂的超級快(kuài)充。充電電壓達到(dào)11V，充電電流最大(dà)達到(dào)6A。

連接充電後，首先充電頭端會(huì)發起FCP快(kuài)充識别協議(yì)，同時(shí)充電線的接頭裏面也(yě)設計(jì)有識别IC。當充電頭通過FCP協議(yì)正确識别了(le)手機和(hé)充電線後，手機充電才會(huì)進入超級快(kuài)充。

爲了(le)實現(xiàn)66W超級快(kuài)充，充電線材需要承受6A的大(dà)電流，因此必須設計(jì)一個識别 IC，防止使用(yòng)普通線材發熱起火（充電線接口也(yě)設計(jì)爲橘黃色和(hé)普通線材做出區(qū)分）。

當使用(yòng)的充電頭，或者充電線不是原裝的，都隻能(néng)實現(xiàn)普通充電模式。手機同時(shí)支持PD快(kuài)充，顯示爲快(kuài)速充電。原裝充電器加充電線才會(huì)顯示爲超級快(kuài)充。

這(zhè)就是爲什(shén)麽充電器或者充電線不原裝的話(huà)，充電速度很(hěn)慢的原因。

PD快(kuài)充

PD全稱Power Delivery，是USB-IF協會(huì)設計(jì)并推廣的一種快(kuài)充協議(yì)，以解決移動電子設備快(kuài)充協議(yì)混亂的局面。當前PD3.1協議(yì)可以最大(dà)支持 240W的充電功率，幾乎涵蓋了(le)所有的移動電子設備。

支持PD快(kuài)充，必須采用(yòng)USB-C to USB-C的連接線，因爲PD快(kuài)充是基于PD協議(yì)實現(xiàn)的。

PD協議(yì)是在Configuration Channel上(shàng)實現(xiàn)的，即下(xià)圖中的A5或者B5。

USB Type-A轉 USB Type-C充電線中是沒有cc通訊的。

如下(xià)圖，當充電設備通過USB-C to USB-C的充電線連接後，雙方的cc都會(huì)連接。

經過Power Negotiate後，充電器端會(huì)提高(gāo)供電電壓或者電流，以實現(xiàn)快(kuài)充。

圖片來(lái)源于USB協會(huì)官網開(kāi)源技術文(wén)檔

PD在Power Negotiate上(shàng)比較簡單。如下(xià)是筆(bǐ)記本電腦(nǎo)的Type-C接口上(shàng)的cc 通訊。

1. Power Source端發送Source Capability（包含1-4組Power Level）

2. Power Sink根據自(zì)身需求請(qǐng)求一組合适的Power Level

3. Power Source安裝 Power Sink請(qǐng)求提升電壓，設置限流阈值即可

抓取PD通信波形，以及Vbus變化情況，如下(xià)圖。

當然，PD協議(yì)不僅僅會(huì)完成Power Negotiate，還會(huì)繼續完成AltMode配置，實現(xiàn)DP、TBT、USB4、PCIe 等高(gāo)速協議(yì)的通道(dào)配置。

筆(bǐ)記本的充電需求一般在45W-90W，因此Type-C接口就是第一選擇，同時(shí)支持 PD快(kuài)充協議(yì)。

一個USB-C口就可以實現(xiàn)USB+DP+PD全功能(néng)。

顯然筆(bǐ)記本電腦(nǎo)使用(yòng)的 Type-C充電器也(yě)采用(yòng)了(le)PD快(kuài)充協議(yì)，其對(duì)外(wài)有 4 組供電等級聲明(míng)。

那麽用(yòng)它對(duì)手機充電時(shí)，手機請(qǐng)求合适的充電等級即可。

多協議(yì)兼容

私有協議(yì)各有優勢，但(dàn)是互不兼容。當Power Source端和(hé)Power Sink端的快(kuài)充協議(yì)不一緻，那麽就猶如雞同鴨講，無法實現(xiàn)快(kuài)充了(le)。

事(shì)實上(shàng)，私有快(kuài)充協議(yì)不兼容問題已經有工(gōng)程師提出了(le)解決方案，那就是多協議(yì)解碼器。

通信協議(yì)實質上(shàng)就是一定規則的電平變化，那麽使用(yòng)軟件配合 MCU 必然可以實現(xiàn)多協議(yì)兼容。如果Power Source端或者 Power Sink 端采用(yòng)了(le)多協議(yì)解碼器，就如同學習了(le)多門(mén)“方言”。不管是“廣東話(huà)”還是“陝西話(huà)”，協議(yì)解碼器都能(néng)“說” 或者 “聽”。

芯海科技針對(duì)多協議(yì)充電推出完整的解決方案。

CS32G020系列是芯海科技推出的支持USB Type-C和(hé)PD3.0協議(yì)的USB Type-C控制器，可應用(yòng)于PC電源适配器、手機充電器、移動電源、車充、HUB 等領域。 

CS32G020内嵌 ARM® Cortex™-M0 内核，主頻最高(gāo) 48MHz，可以支持很(hěn)廣範圍的工(gōng)業控制應用(yòng)和(hé)需要高(gāo)性能(néng) CPU 的場合。内置 64K 字節程序flash，數據flash 大(dà)小(xiǎo)可配置(與程序flash共享) ,4K 字節 LDROM，8K 字節 SRAM。CS32G020 封裝包括 QFN24 和(hé) QFN32。

CS32G020支持PD、QC4.0、SCP、FCP、AFC等快(kuài)充協議(yì)。

此外(wài)，芯海旗下(xià)可适用(yòng)電源PD快(kuài)充應用(yòng)的典型芯片有CSU3AF10、CPW3301等多款産品。

CSU3AF10是一款廣泛适用(yòng)于移動電源、儲能(néng)電源、無線充、車充等應用(yòng)領域的通用(yòng)型、單通道(dào)PD快(kuài)充控制器，内嵌MCU，主頻最高(gāo)24MHz，内置64KB Flash，是CS32G020的精簡版本，在保留相應的核心功能(néng)基礎上(shàng)，新增了(le)USB PD3.1、UFCS等協議(yì)的支持。

CPW3301是一款适用(yòng)于充電器、适配器等應用(yòng)領域的高(gāo)性能(néng)、高(gāo)集成度的Type-C PD控制器，可用(yòng)于USB-A 和(hé)TYPE-C雙端口輸出的快(kuài)充協議(yì)IC，集成恒壓、恒流、以及恒溫控制環路，集成高(gāo)精度的電流采樣和(hé)電荷泵電路。

芯海科技的PD快(kuài)充芯片内置MCU架構與私有協議(yì)PHY，擁有性能(néng)強大(dà)、功能(néng)全面、功耗低(dī)及強加密的安全措施。同時(shí)，芯海完善的Smart PD開(kāi)發生态，具有檢測精度高(gāo)、資源豐富、協議(yì)靈活與兼容性好(hǎo)、豐富的參考資料、高(gāo)效易用(yòng)的開(kāi)發工(gōng)具等優勢，能(néng)夠爲終端電源産品提供全方位解決方案。