Battery Charging Specification(BC1.2)USB充电实测波形

作者：AirCity 2019.11.13
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1 简介

Battery Charging Specification 1.2在网上有中文翻译版本，冗长晦涩，而且没有提供实测波形。本文提供PD连接SDP，CDP，DCP的实测波形。如果你对Battery Charging Specification 1.2不是很了解，也不需要去完整的了解一下协议，可以直接看我的另一篇文章《一张图看懂Battery Charging Specification 1.2(BC1.2)USB充电协议》了解协议精髓。
下文中，我们使用高通平台手机（PD）插入不同的设备，测量实际波形。这些设备包括联想Yoga S3电脑（这个电脑有两种USB接口，SDP和CDP），QC2.0充电器，BC1.2低端充电器。
先明确几个概念：
SDP：Standard Downstream Port标准下行端口，比如电脑的USB口。这种口的充电能力是0.5A
CDP：Charging Downstream Port带较强充电能力的USB口，比如电脑的USB口。这种口的充电能力一般1.5A.
DCP: Dedicate Charging Port专用充电口，比如手机充电器
PD：portable Device便携设备，如手机

2 手机插入电脑的SDP

下图是手机插入电脑SDP的实测波形，阶段（1）是充电器类型识别，也就是BC1.2的协议内容。阶段（2）是USB枚举过程。本文只展开阶段（1）讨论。

阶段（2）的讨论请见文章《USB2.0协议简介(有实测波形解析)》。
其实在阶段（1）之前，还有一个阶段，就是Vbus电压检测，当手机检测到Vbus大于VOTG_SESS_VLD（一般是4V）时，认为Vbus有效，才会进行下面的阶段。
阶段（1）的放大波形如下，细分为（a）和（b）两个阶段

• （a） 手机开始做数据线连通性检测（Data contact Detect，DCD），手机在D+上施加一个小电流IDP_SRC（一般10uA），因为电脑的SDP端口在D+线上有一个下拉电阻RDP_DOWN（一般20K），因此D+上会有一个电压，图中阶段（1）电压实测为200mV，电压小于VLGC_LWO（0.8V），则认为USB的数据PIN已经连上。
  协议规定：DCD阶段不是必须的，如果没有做DCD，阶段（a）将不存在，而是在Vbus有效后900ms，直接开始阶段（b）；如果做了DCD，但900ms内检测不到D+电压小于VLGC_LWO（0.8V），也会强制进入阶段（b）。DCD的存在只是为了缩短进入阶段（2）的时间。
• （b） 手机在D+上施加电压VDP_SRC（一般0.7V），之后手机检测D-上的电压，发现D-电压小于VDAT_REF（0.4V），此时手机认为自己连接到了一个SDP。BC1.2协议中这个过程叫Primary Detection。PD最多从SDP汲取电流500mA。
  SDP的D+和D-线，没有短接电阻或者开关，所以D+上的电压传不到D-上。

3 手机插入电脑的CDP

下图是手机插入电脑CDP的波形，阶段（1）识别充电器，阶段（2）是USB枚举。如同第2章，本章只分析阶段（1）。

阶段（1）有三个小阶段：（a）（b）和（c），前两个阶段与第2章的（a）（b）相同。
（a） 手机开始做数据线连通性检测（Data contact Detect，DCD），手机在D+上施加一个小电流IDP_SRC（一般10uA），因为电脑的SDP端口在D+线上有一个下拉电阻RDP_DOWN（一般20K），因此D+上会有一个电压，图中阶段（1）电压实测为200mV，电压小于VLGC_LWO（0.8V），则认为USB的数据PIN已经连上。
协议规定：DCD阶段不是必须的，如果没有做DCD，阶段（a）将不存在，而是在Vbus有效后900ms，直接开始阶段（b）；如果做了DCD，但900ms内检测不到D+电压小于VLGC_LWO（0.8V），也会强制进入阶段（b）。DCD的存在只是为了缩短进入阶段（2）的时间。
（b） 手机在D+上施加电压VDP_SRC（一般0.7V），之后手机检测D-上的电压，发现D-电压大于VDAT_REF（0.4V），此时手机认为自己连接到了一个CDP或者DCP。这个过程叫Primary Detection。
（c） 手机在D-上施加电压VDM_SRC（一般0.7V），之后手机检测D+上的电压，发现D-电压小于VDAT_REF（0.4V），此时手机确定自己连接到了一个CDP。BC1.2协议中这个过程叫Secondary Detection。PD最多从SDP汲取电流1.5A。注意Primary Detection是手机的D+发起，Secondary Detection是手机的D-发起。
特别注意：电脑的CDP端口的D+D-线内部有一个开关，在（b）阶段是闭合的，连通D+和D-，所以能看到D+D-电压几乎同时上升下降。（b）阶段完成后，CDP立即这个开关断开，进入（c）阶段。

4 手机插入CDP（不带DCD检测）

第2章和第3张测到的波形，都是有DCD检测过程，那么不带DCD的波形会是怎样？如下：

Vbus有效后，在900ms时间内都没有进行DCD，之后开始Primary Detection和Secondary Detection。

5 手机插入DCP

5.1 高端的DCP（QC2.0充电器）

下图是高通平台手机插入支持QC2.0协议的充电器实测波形。

• （a） 属于BC1.2协议规定的识别过程，由于QC2.0充电器内部在USB插入后，D+和D-通过一个开关短路。我们能看到Primary Detection和Secondary Detection过程，D+和D-都有0.7V脉冲。这时手机认为自己连接到了DCP。
• （b） 完成DCP检测后，手机开始检测DCP是否还支持QC2.0协议。手机会在D+上施加0.7V电压，并且维持1.25s，之后充电器断开D+和D-间的开关。
• （c） 充电器断开D+和D-间的开关后，D-电压立马跌落到0V，并维持一段时间。此时手机知道这个充电器是支持QC协议的。
• （d） 手机按照如下规则，通知充电器，输出对应的电压。这个过程D+=0.7，D-=3.3。是continuous mode，表示

D+	D-	HVDCPA Output	HVDCP B Output
0.7V	0.7V	12V	12V
3.3V	0.7V	9V	9V
0.7V	3.3V	Continuous Mode	Continuous Mode
3.3V	3.3V	Previous Voltage	12V
0.7V	0V	5V	5V
0V	3.3V/0.7V/0V	5V/Handshake Reset	5V/Handshake Reset

• （e） D+=0.7，D-=0，对应输出5V。
• （f） D+=3.3，D-=0.7，对应输出9V。
  注意：0.7V代表0.325-2.000V，3.3V代表大于2.0V，都是一个范围。

5.2 低端的DCP（D+D-直接短路）

低端的充电器，仅仅支持BC1.2协议，甚至只支持到BC1.0，充电电流500mA。这种充电器的D+和D-线之间用一个0ohm电阻直接连接。从下图可以看到，Vbus有效后，进行了Primary Detection和Secondary Detection。之后D+和D-一直拉高，1.25s后也没有掉下来，这是手机知道这个充电器仅支持BC1.2协议，不会再做其他动作。

6 BC1.2充电器识别逻辑图

请参考我的另一篇文章《一张图看懂Battery Charging Specification 1.2(BC1.2)USB充电协议》，以及网络上的BC1.2协议中文翻译版。