By GRL team on Jun 24, 2021

USB Battery Charging 1.2 测试介绍

   

Granite River Labs, GRL
Jimmy Lin 林致均

 

–USB Type-C®产品进行USB-IF认证,需要测试 BC1.2吗?

目前USB-IF协会规定,只要有支持BC 1.2,就必须进行且通过BC1.2 测试。例如目前当红的USB-C充电器是使用USB Type-C母头,必须支持BC1.2,过认证時也必须通过BC1.2测试。

 

BC 1.2简介

Battery Charging 1.2,简称BC1.2,为USB-IF协会在2010年10月所发布的规范。基于当时USB 2.0的Vbus供电,Max能供给电流为500mA,对于携带式装置,如手机,充饱电需要很长的时间。BC1.2定义便携设备在连接到USB主机或集线器上,Max能汲取1500mA(相对于USB 2.0的3倍 )电流来进行充电,也就是只要原先1/3的时间就可以完成充电。

BC 1.2主要是藉由USB的D+和D-进行BC1.2侦测,便携设备与USB主机或集线器两者需都支持BC1.2,完成并确定支持BC1.2侦测后,再由Vbus提供1500mA电流来进行充电。

 

充电能力比较

支持BC1.2的手机为例,连接到标准USB3笔电(SDP*2),以及支持BC1.2的USB3笔电(CDP*3),充电能力有何差异?

手机在连接到标准USB3笔电(不支持BC1.2),Max所能汲取的电流为900mA。

  • 手机在连接后,未配置(Unconfigured),未进入Suspend的状态,Max可汲取电流为100 mA。
  • 手机在连接后,已配置(Configured),未进入Suspend的状态,Max可汲取电流为900 mA(900 mA for USB 3.2, 500mA for USB 2.0)。
  • 手机在连接后,已配置(Configured),且进入Suspend状态,Max可汲取电流为2.5 mA。

而手机接上支持BC1.2的USB3笔电,就能在未配置的状况下,汲取Max电流1.5 A。

注1:但特别注意的是,若便携设备的电池处于Dead或Weak的状态,根据规范,在未配置的情况下,Max汲取电流为100 mA。(电池的Weak状态为Min限能启动装置的状态,而电池的Dead状态为不能启动装置的状态)

注2:SDP(Standard Downstream Port)为不支持BC1.2的标准埠

注3:CDP(Charging Downstream Port)为支持BC1.2的标准埠

 

常见的BC 1.2种类

一般的USB标准下接埠,Vbus可提供500mA(USB2.0)或900mA(USB 3.2),BC1.2充电埠则可以提供1.5A的充电。BC1.2充电埠又可分为支援USB Data的充电下接埠CDP,与专用充电埠DCP

  • CDP(Charging Downstream Port充电下接埠):具有更强充电能力的USB Port。它具有USB数据传输,且能供给2便携设备Max电流为1.5 A。
  • DCP(Dedicated Charging Port专用充电埠):是没有USB数据传输功能的CDP,它可以提供给2便携设备4.75V~5.5V的电压及1.5A的充电电流。DCP会将其D+和D-间跨接电阻R。
  • ACA(Accessory Charger Adaptor):ACA具有一个 Charger Port 连接充电器,一个OTG Port连接便携设备,及一个Accessory Port连接其他装置。ACA使得便携设备在充电的同时,也能连接上其它的装置。
  • ACA-DockACA-Dock具有一个Upstream Port(为Micro-A plug),一个以上或没有Downstream Port。便携设备连接到ACA-Dock Upstream Port可以汲取Max 5 A的电流。ACA和ACA-Dock Max的区别在于ACA有支持OTG Port 能连接作为A-Device或 B-Device的便携设备。
 

SDP、CDP与DCP比较

表 1

 

判定支持BC 1.2充电5步骤:

我们用支持BC1.2的手机为例,手机要如何知道自己现在是接上一个SDP或是支持BC1.2的CDP或DCP呢?以下为简易的流程图:

图1

 

图2

 
  1. VBUS Detect

手机接上USB充电埠,当手机侦测到Vbus电压,大于内部的有效电压阀值,则表示手机接上一个有效的电路。

  1. Data Contact Detect(DCD):

手机侦测连接上充电埠是否有支持,手机在D+上输出电流(IDP_SRC),然后检测在D-上电压值,来确认D+/D- 接脚是否成功连接。由于手机并没有被要求一定要支持DCD,因此产生另一种机制来做判定: 手机会等一段时间(TDCD_TIMEOUT)后,进入步骤3侦测。DCD的好处是,在判断成功连接后,可立即进入步骤3侦测,省去等待的时间。

  1. Primary Detection

手机侦测连接上充电埠是否有支持BC1.2,也就是侦测接上的是SDP或是CDP/DCP。手机会在D+上提供一个电压(VDP_SRC),然后比较D-上的VDM与VDAT_REF电压。

  1. 若VDM大于VDAT_REF,则可能是连接上CDP或DCP,继续步骤4侦测。
  2. 若VDM小于VDAT_REF,则是接上了SDP,结束判断。
  1. Secondary Detection

二次侦测要确定手机接上的BC1.2充电端口是否具备USB Data功能(DCP or CDP)。手机在D-上提供一个电压(VDM_SRC),然后比较D+上的电压VDP与VDAT_REF电压。

  1. 若VDP大于VDAT_REF,则此时连接上的是DCP
  2. 若VDP小于VDAT_REF,则此时连接上的是CDP
  1. ACA Detection

针对便携设备有Micro-AB插座,才进行ACA Detection。便携设备侦测是否接上ACA充电埠,并且判断接上ACA为何种Device类型,其主要透过侦测ID pin上五种不同的电阻来做判断。

 

接下来,将透过以下三个案例来了解BC 1.2手机如何判断接上SDP, CDP, 或DCP

案例(一)BC 1.2手机接上SDP标准下接埠(不支持BC1.2)

图 3

 
  1. 手机 (Portable Device) 接上SDP,侦测到接上VBUS (VBUS > VOTG_SESS_VLD
  2. DCD detect timeout
  3. 手机在D+上提供一个电压VDP_SRC (5V~0.7V),经由SDP上的RDP_DWN (14.25~24.8kΩ) 到地,然后比较D-上的VDM与VDAT_REF电压。
  • i). 此时VDM =0 V,VDM(0V)小于VDAT_REF(25V~0.4V),则是接上了SDP,结束判断。
 

案例(二)BC 1.2手机接上CDP下接充电埠 CDP detection

Primary Detection, CDP                                                         Secondary Detection, CDP

图 4

 
  1. 手机接上CDP,侦测到接上VBUS (VBUS> VOTG_SESS_VLD
  2. DCD detect timeout
  3. Primary Detect(上图左): 手机在D+上提供一个电压VDP_SRC (5V~0.7V),经由CDP上的RDP_DWN (14.25~24.8kΩ) 到地
    • i). CDP侦测D+=VDP_SRC (5V~0.7V),然后在启用CDP的VDM_SRC (0.5V~0.7V)
    • ii). 手机侦测D-=VDM_SRC (5V~0.7V),大于VDAT_REF(0.25V~0.4V),则是接上CDP或DCP
  4. Secondary Detect(上图右): 手机在D-上提供一个电压VDM_SRC (5V~0.7V)
    • i). 此时D+ ≈0 V,手机DCP_DET侦测D+小于VDAT_REF(25V~0.4V),则此时连接上的是CDP
    • ii). 然后手机关闭VDP_SRC与VDM_SRC,让D+和D-都保持低电位
 

案例(三)BC 1.2手机接上DCP专用充电埠 DCP detection

Primary Detection, DCP                                                    Secondary Detection, DCP

图 5

 
  1. 手机接上DCP,侦测到接上VBUS (VBUS> VOTG_SESS_VLD
  2. DCD detect timeout
  3. Primary Detect (上图左): 手机在D+上提供一个电压VDP_SRC (5V~0.7V),经由DCP上的RDCP_DAT (<200Ω) 到D-
    1. 手机侦测D- ≈ VDP_SRC (0.5V~0.7V)电压,大于VDAT_REF (0.25V~0.4V),则是接上了CDP或DCP (RDCP_DAT Max压降为 200Ω x 175μA= 0.035V)
  4. Secondary Detect (上图右): 手机在D-上提供一个电压VDM_SRC (5V~0.7V),经由DCP上的RDCP_DAT (<200Ω) 到D-,开启IDP_SINK (25μA ~175μA)
    1. 手机侦测D+ ≈ VDM_SRC (0.5V~0.7V)电压,大于VDAT_REF(0.25V~0.4V),则此时连接上的是DCP (RDCP_DAT Max压降为 200Ω x 175μA= 0.035V)
    2. 然后手机开启VDP_SRC
 

BC 1.2 测试内容

BC1.2测试是主要是确认BC1.2沟通正确,以及Vbus供电的质量,测试项目如下:

CDP的认证测项:

表2:CDP的测项

 

DCP的认证测项:

表3:DCP的测项

 

结论

在现今讲求效率的时代,USB Type-C Power Delivery可以支持高达240W的充电,但也相对考虑到向下兼容性问题,尤其是针对携带式装置。BC1.2所定义的充电埠使得便携设备能汲取更多的电流,意味着能进行更快速的充电。BC1.2也为其后的快充技术奠定了基础。当今具有充电功能的产品也多被要求支持BC1.2,了解BC1.2的基本运作原理和测试项目,能减少设计上遇到的问题,并且顺利通过测试。

 

参考文献

  • Battery Charging Specification, Revision 1.2, March 15, 2012
  • USB Battery Charging 1.2 Compliance Plan, Revision 1.2, September 30, 2013
 

作者

GRL中国台湾测试工程师 林致均Jimmy Lin

现任GRL Thunderbolt 3/4及USB4认证测试工程师,具四年的高频测试经验,熟悉Thunderbolt、USB的测试规范及其原理,协助客户解决测试问题并且取得认证。

 

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发布日期 2021/06/24 AN-210624-TW

Published by GRL team Jun 24, 2021