【導讀】快充，顧名思義就是給手機快速充電，通過軟 / 硬件技術手段，調整手機的電壓與電流的輸入值，進而縮短手機的充電時間，打破以往傳統的 5V/1A 模式。提升充電速度的方式無非三種：電流不變，提升電壓；電壓不變，提高電流；電壓、電流兩者都提高。
一、快充協議簡介
快充，顧名思義就是給手機快速充電，通過軟 / 硬件技術手段，調整手機的電壓與電流的輸入值，進而縮短手機的充電時間，打破以往傳統的 5V/1A 模式。提升充電速度的方式無非三種：電流不變，提升電壓；電壓不變，提高電流；電壓、電流兩者都提高。
隨著市場的需求擴張，目前市面上高電壓恒定電流、低電壓高電流、高電壓高電流三種模式都已經出現并完善起來。對于這三種模式，每個廠商都有不同的選擇，因此衍生出了多種快充協議。目前較為主流的有 PD 快充，高通的 QC2.0/3.0，聯發科的 PE 協議，oppo、vivo 的閃充、華為的 SCP 等。為規范快充標準，USB-IF(USB 標準化組織)發布了 USB PD 3.0 的重要更新，旨在一統快速充電技術規范方案，并且不允許 USB 接口通過非 USB PD 協議進行電壓調整，而谷歌也宣布 Android7.0 以上的手機搭載的快充協議必須支持 PD 協議，更是加快了 PD 一統快充協議江湖。下面我們就以 USB-PD 為例，帶你全面認識手機快充。
二、USBPD 充電原理
USB-PowerDelivery（USBPD）是由 USB-IF 組織制定的目前主流的快充協議之一，它可以使目前默認最大功率 5V/2A 的 type-c 接口提高到 100W 功率。并且可以進行雙向甚至組網的電能傳輸，具備系統級供電方案。
圖 1 USBPD 通信線纜
USBPD 通信通過 VBUS 上交流耦合的 FSK 信號的調制（24MHz）進行半雙工通信,從而實現手機和充電器的充電過程。
SOURCE 端和 SINK 端分別代表適配器端和手機內部芯片 SINK 控制器,從 USB 通信傳輸角度可以理解為 USBHOST（主設備）和 USBOTG（做從設備）。
當電纜接通之后，PD 協議的 SOP 通信就開始在 CC 線（type-c 接口通信配置通道）上進行，以此來選擇電源傳輸的規格，此部分由 SINK 端向 SOURCE 端詢問能夠提供的電源配置參數（5V/9V/12V/15V/20V）。
圖 2 包含 USBPD 協議的 Type-c 系統充電原理框圖
以手機端和適配器的 9V 充電為例，整體過程如下：
USB OTG 端（從設備：適配器端）監控 VBUS 上電壓狀態，如果有 VBUS 的 5V 電壓存在并且檢測到 OTG 的 ID 腳是 1K 下拉電阻則說明該電纜支持 USBPD 通信，此時通信過程開始。
圖 3 PD 通信波形電平變化
1. SINK 端發起 SOP（起始段），啟動 SOURSE 端 USBPD 設備管理器，申請獲取 SOURSE 端能提供的規格資料；
2. SOURCE 端回復能提供的規格列表，即根據 USBPD 規范解析該消息得出適配器所支持的所有電壓和電流列表對；
3. SINK 端回復選擇的電壓規格，即選擇一個電壓和電流對，并帶上所需要的電流參數，發出相應的請求；
4. SOURSE 端適配器內部解碼轉換后接受請求，調整適配器輸出，把 VBUS 線纜上由 5V 抬升到 9V；
5. 手機收到消息后，SINK 端會調整充電電壓和電流，待 SOURSE 端的 VBUS 線纜到達 9V 并達到穩定進行充電；
手機在充電過程中可以動態發送消息來請求充電器改變輸出電壓和電流，從而實現快速充電的過程。
三、USB PD 協議解析規劃
PD 協議的通信編碼為 Bi-phase Mark Coded (BMC)，通過 CC 腳進行通信，如圖所示。
圖 4 BMC 通信線纜
BMC 碼是一種單線通信編碼，數據 1 的傳輸，需要有一次高 / 低電平之間的切換過程，而 0 的傳輸則是固定的高電平或者低電平。每一個數據包都包含有 0/1 交替的前置碼，所有的 PD 傳輸流程，都是以 SOP Packet 開始，起始碼（SOP），報文頭，數據位，CRC 以及結束碼（EOP）。
圖 5 PD 傳輸數據
BMC 編碼的通信，從數據流的測試節點開始，可以使用分析儀進行分析，也可以用帶有協議解碼功能的示波器進行直接解碼，抓取每個數據包，并且獲得數據包的報文參數。
圖 6 協議規劃
如圖所示即為使用示波器在測試節點所獲取的 CC 腳上 PD 通信波形。由此可看出，BPD 協議的位數較多，解碼較為復雜，而通過示波器的協議解碼功能，可將完整報文在短時間內迅速解出，大大提升了工程師的工作效率以及直觀的體驗。
圖 7 ZDS 示波器 USBPD 解碼
圖 8 PD 協議控制下的電壓抬升過程
圖 9 用雙 ZOOM 模式分析 PD 各段解碼協議
目前 ZDS 系列示波器不僅能夠支持 USBPD 的協議解碼，并且也支持 QC2.0/3.0 協議的解碼，可以滿足目前主流快充協議的解碼需求，并且在其高達 512M 的大存儲機制下，可支持超長時間的解碼還原真實波形，完整監控通信過程；且具有雙 ZOOM 分析功能，可用主時基捕獲需要統計數據的波形，通過 Zoom1 定位一段時間的特征值，再由 Zoom2 放大波形細節，觀測瞬時信號變化，大大提升了工程師的測試便捷性。
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