الدعم الفني

دعم الخدمة

احداث

المنتجات الموصى بها

توصيل طاقة USB-C - ما الذي يجعل كابل USB-C سريعا للشحن؟

أغسطس 23, 2022
توصيل طاقة USB-C - ما الذي يجعل كابل USB-C سريعا للشحن؟


قبل ظهور واجهة Type-C ، سمح لكبل USB بتوفير 2.5 واط فقط من الطاقة ، بينما سمح كابل USB Type-C بالطاقة القصوى التي تصل إلى 5 فولت / 3 أمبير (15 واط). إذا تم اعتماد بروتوكول Power Delivery (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 سريعا للشحن؟

Fأرست، دعنا نراجع عن واجهة USB-C وكابل USB-C

1. تعريف وظيفة رقم التعريف الشخصيsمن USB من النوع C

Type-C هو شكل من أشكال واجهة USB. إنه موصل USB الوحيد الذي لا يهتم بالمقدمة جنب والعودةجنبعند إدخاله. وهو يدعم الشحن القياسي USB ، ونقل البيانات ، ونقل الفيديو ، ونقل الصوت ، وإخراج العرض وغيرها من الوظائف.





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

يسمى المنفذ المضيف المستخدم لاتصال البيانات المنفذ المواجه للخادم (DFP) ، ويسمى المنفذ المحيطي المنفذ المواجه للخادم (UFP). فيما يتعلق بمصدر الطاقة ، يطلق على طرف مصدر الطاقة نهاية المصدر (المصدر) ، وتسمى نهاية استهلاك الطاقة بنهاية الحوض (Sink). يمكن أن تحتوي بعض الأجهزة على كل من إمكانية الأدوار المزدوجة للبيانات (DRD) على البيانات وإمكانية الأدوار المزدوجة للطاقة (DRP) على مصدر الطاقة. The CC سلكيحدد دور مصدر الطاقة أثناء الاتصال بين الجهازين ، والاتصال عبر النوع C "دبوس قناة التكوين 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 ، مقدمة من P-Shine Electronic Tech Ltd.

الحالة (1) اتصال مباشر غير مقلوب



توضح الصورة أعلاه الاتصال عندما يكون الكابل 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 تحتاج VCONNs الموجودة على طرفي الكبل إلى التوصيل (B5 إلى B5). عندما تكون الإلكترونية ماركيتم تثبيت شريحة (E-mark) على ثنائي الفينيل متعدد الكلور لموصل USB-C ، و B5 للقابس الأيسر و B5 للقابس الأيمن احتياجأن يكونوا على اتصال ببعضهم البعض

دولة (2) Fاتصال شفتين



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) ، واتصال USB-C انقلبت

في هذه الحالة ، من المقبس الموجود على اليسار إلى المقبس على اليمين ، يتم توصيل زوج RX1 بزوج TX2 ، ويتم توصيل زوج RX2 بزوج TX1 ، ولا يزال D+ متصلا ب D + ، ولا يزال D- متصلا ب D- ، و SBU1 Connect ب SBU1 ، و SBU2 إلى SBU2 ، و CC1 متصل ب CC2 عبر CC سلك. الآن ، يتم نقل 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 (تقليب كلا الطرفين في نفس الوقت يعادل المباشرة) والتقليب من جانب واحداد.

لذلك ، يمكنك رؤية أربعة أزواج من أزواج الإشارات عالية السرعة في كابل 3.1 من كابل USB-C إلى USB-C ، ولكن زوجان فقط يعملان في نفس الوقت، ثدجاجة قابس من جانب واحد مقلوب ، قد يحل زوجان الإشارات الحرة الآخران محل زوج العمل الأصليs. أو مع تغير أدوار المضيف والأجهزة الطرفية 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 التوجيه لأزواج 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 لمعدد الإرسال ، إما في مضاعف الإرسال أو في مجموعة شرائح USB.




3. توصيل طاقة USB-C - ما الذي يجعل كابل USB-C سريعا للشحن؟

يرتبط USB PD3.0 فقط بمصدر طاقة الكبل ، ولا علاقة له بنقل البيانات. يمكن أن تكون كبلات الشحن 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 ، طريقة نقل الطاقة من نهاية المصدر إلى نهاية الحوض موضحة في الشكل أدناه



يحتوي طرف المصدر لكابل USB Type-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 دارات الكشف CC1 و CC2 في كل من طرفي 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 بجهد خط CC على المقبس المسحوب 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 والاستهلاك ، واتجاه الكابلات ، وقدرة الإمداد الحالي. يتم سحب CC1 و CC2 في نهاية المصدر عاليا بواسطة المقاوم RP ، ويكون CC1 / CC2 المراقب دائما عند جهد عال عندما لا يكون هناك أي شيء متصل. 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 منخفضا. يتم أيضا مراقبة جهد CC1 / CC2 في الحوض،nce a CC سلكتم العثور على أنه تم سحبه ، فإن التغيير في مستوى الجهد سيسمح للحوض بمعرفة قدرة الإمداد الحالية للمصدر. يمكن أيضا استبدال مقاوم السحب Rp في الدائرة بمصدر حالي ، وهو سهل التنفيذ في دائرة متكاملة ويمكن أن يكون محصنا ضد أخطاء جهد إمداد V +.

القيمة المحددة للمقاوم المنسدل Rd عند الحوض هي 5.1KΩ ، وبالتالي فإن جهد CC سلكيتم تحديده من خلال قيمة المقاوم للسحب Rp في المصدر (أو القيمة الحالية للمصدر الحالي). هناك 3 مستويات من تيار الحافلة التي تم تحديدها. أدنى CC سلكيتوافق الجهد (حوالي 0.41 فولت) مع مواصفات طاقة USB الافتراضية (500 مللي أمبير ل USB 2.0 أو 900mA ل USB 3.0) ، و CC الأعلى سلكالجهد (حوالي 0.92 فولت) يتوافق مع قدرة حالية تبلغ 1.5 أمبير. إذا كان CC سلكالجهد حوالي 1.68 فولت ، المقابل Mالقدرة على إمداد التيار المحوري هي 3 أمبير. يمكن أن تشير البيانات ذات الصلة إلى الشكل التالي



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

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 الكابل ، 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 الاتصال ، وسيتم تشغيل جهد 5 فولت على VBUS.

في الأنظمة التي لا تحتوي على بروتوكول توصيل الطاقة ، يتم تحديد قدرة الإمداد الحالية على الناقل 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 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 التحكم 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 ومتطلبات جهد الناقل الأعلى. اتصال PD من خلال CC سلكأيضا تحت سيطرة وحدة تحكم PD. يحتاج نظام USB PD أيضا إلى مفتاح لتبديل طاقة Vconn إلى CC سلك.

عند إنشاء توصيل الكبل، يبدأ اتصال التشغيل الموحد لبروتوكول PD من خلال CC سلكلتحديد مواصفات نقل الطاقة,سيطلب الحوض معلمات تكوين الطاقة (الجهد والبيانات الحالية للحافلة) التي يمكن أن يوفرها المصدر. منذ الطلب على الطاقة من sحبرالنهاية غالبا ما تكون ذات الصله إلى الجهاز المتصل ب جزر(مثل الشاحن) ، وحدة التحكم في النظام المضمنة ل sحبريحتاج الطرف إلى الاتصال بوحدة التحكم PD في نهاية المصدر لتحديد المواصفات المقابلة.

يوضح الشكل أدناه مثالا على وحدة تحكم PD الغارقة التي تطلب جهد ناقل أعلى.



الاتصال بين الحوض والمصدر على CC يبدو السلك كما يلي:

1. قينطبق جانب الحبر للحصول على بيانات القدرة من جانب المصدر.

2. يوفر المصدر معلومات بيانات قدراته.

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

4. يقبل المصدر الطلب ويعدل جهد الناقل 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 حتى يستقر جهد الحافلة وبعد ذلكإرسال إشارة جاهزة للطاقة إلى جزر aفي هذه النقطة ، يمكن للحوض زيادة استهلاكه الحالي. تحدث نفس عملية الاتصال عندما يريد الحوض انخفاض جهد الحافلة، أثناء انخفاض جهد الحافلة ، يقوم المصدر بتنشيط دائرة تحويلة تقلل بسرعة من جهد الناقل من خلال تفريغ الناقل 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 الناقل تقع ضمن قدرات المصدر والمغسلة ، وتجنب الظروف التي لا يمكن السيطرة عليها. عند فصل توصيل كابل Type-C ، يتم أيضا إيقاف تشغيل الطاقة على الحافلة. Aسيقوم الاتصال الجديد بالتأكيد باكتشاف اتصال الكابل ، ويكون الجهد دائما عند 5 فولت ، بحيث هويمكن تجنب الجهد العالي عند توصيل الكابل من جهاز إلى آخر.

يستخدم اتصال USB PD رمز العلامة ثنائي الطور (BMC) ، وهو رمز اتصال أحادي الخط. يتطلب نقل البيانات 1 عملية تبديل بين الفولتية العالية والمنخفضة ، ونقل البيانات 0 إنه جهد عال ثابت أو جهد منخفض. تحتوي كل رزمة بيانات على ديباجة متناوبة 0/1 وبداية الحزمة (SOP) ورأس حزمة وبايتات بيانات المعلومات وشفرة تكرار دوري CRC ورمز نهاية الحزمة (نهاية الحزمة). Packet, EOC) ، انظر الشكل أدناه:



يوضح الشكل أدناه الشكل الموجي لاتصال PD الذي يتطلب زيادة جهد الحافلة من الكثيف إلى الموسع. 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 مصدر 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 ، يكون الحد الأقصى للتيار 3 أمبير. في تكوين 20 فولت ، إذا كان الكبل طبيعيا ، فإن الحد الأقصى للإخراج المسموح به هو 20 فولت / 3 أمبير (60 واط). إذا كان كابل مخصصا بشكل خاص مع Eليكترونيك مارك (علامة إلكترونية)يتم استخدامه ، يمكن تكبير البيانات المقابلة إلى 20 فولت / 5 أمبير (100 واط). نظام يدعم أعلى جهد وقوة درجةيجب أن تدعم أيضا جميع الجهد المنخفض والطاقة درجةs.


5. كابل مع Eليكترونيك Mark (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 3 أمبير ، Eليكترونيك ماركيجب استخدامها. يحتوي الكبل الموضح في الشكل أدناه على IC تتمثل وظيفته في تحديد خصائص الكابل. يمكن أن يحتوي هذا الكبل النابض بالحياة أيضا على IC لتشكيل الإشارة ، وكلها تتطلب طاقة من VCONN وايرمن الكابل.



Vconn في الكبل الذي يحتوي على Eليكترونيك ماركتحتوي الرقاقة على مقاوم منسدل Ra 1KΩ ، وقيمته أصغر من المقاوم Rd ، والذي عادة ما يكون 5.1 كيلو أوم. عند إدخال مثل هذا الكبل ، سترى نهاية المصدر انخفاض الجهد ل CC1 و CC2. سيخبر تغيير الجهد المحدد المضيف انتهاءيتم سحبها لأسفل بواسطة مقاومة 5.1kΩ لنهاية الحوض, وأي انتهاءيتم سحبها بواسطة 1Kمقاومة Ω للكابل، لذلك رهو اتجاه الإدراجمن الكابليمكن تحديدها. يسمح التأثير المنسدل ل Ra أيضا لنهاية 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,واتمعنوييتم توصيل طرف مصدر الطاقة (المصدر) بطرف استهلاك الطاقة (المغسلة) بواسطة كابل مزود ب Eليكترونيك مارك، والكابل في حالة مقلوبة. يمكن ملاحظة أنه عند توصيل الكابل ، CC سلكفي نهاية المصدر يتم سحبها إلى جهد منخفض جدا بواسطة 1KΩ المقاومة من نهاية VCONN.

المصدر انتهاءسيكتشف هذا الجهد ويعرف أن الكابل يحتوي على Eليكترونيك رقاقة مارك، لذلك سيقوم بتوصيل 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. الدور المزدوج لمصدر الطاقة

يمكن استخدام بعض أجهزة USB Type-C كمصدر ومتلقي ، وتسمى الأجهزة التي تدعم الأدوار المزدوجة (الدور المزدوج للطاقة ، DRP). محطات CC1 و CC2 لهذا الجهاز في حالة تناوبين 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 الموجود على اليسار كمصدر، ويتم تحديد جهاز DRP الموجود على اليمين كمتلقي. يمكن أيضا عكس هذا الموقف، ما لم يتم ضبط 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 الأدوار هذا.






 

حقوق الطبع والنشر 2019 جميع الحقوق محفوظة.

الصلات: