快充及其實(shí)現(xiàn)原理
快充的官方定義為“從初始充電狀態(tài)開始至充電30分鐘，通過提高供電設(shè)備的輸出電壓或電流，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入電池的平均電流大于或等于3A或總充電量大于或等于電池額定容量的60%?！睆亩x描述可以看出，快充常見有兩種實(shí)現(xiàn)方式：高輸出電壓、大輸出電流。
那么供電設(shè)備（Source）如何知道用電設(shè)備（Sink）具體需要什么樣的充電電壓和充電電流呢？這時(shí)，充電協(xié)議就需要“出場(chǎng)”了。
兩臺(tái)設(shè)備之間基于充電協(xié)議規(guī)范，通過電平或者報(bào)文等方式進(jìn)行通信協(xié)商，最終確定一個(gè)雙方都接受的充電規(guī)格，這就是充電協(xié)議的作用。
常見的PD互連系統(tǒng)簡(jiǎn)要框圖如下所示：
SRC端和SNK端的PD PHY通過C to C的線纜中的CC線進(jìn)行連接，進(jìn)行協(xié)商后將協(xié)商的充電需求結(jié)果反饋給MCU，再由SRC端MCU對(duì)BUCK-BOOST進(jìn)行配置，以及SNK端MCU對(duì)Charger進(jìn)行配置，開始充電。一個(gè)完整的PD充電流程VBUS電壓變化如下圖所示：
如前文所述，PD快充的基礎(chǔ)是Type-C檢測(cè)，因此在PD協(xié)商前首先會(huì)進(jìn)行Type-C檢測(cè)，完成后再進(jìn)行更高級(jí)的PD協(xié)議協(xié)商，進(jìn)一步提高充電電壓。
因此Type-C的PD快充與以往USB-A的充電過程的區(qū)別在于：Type-C檢測(cè)完成前，VBUS不進(jìn)行供電，避免了在正確連接前可能出現(xiàn)的短路等問題；Type-C檢測(cè)后，VBUS僅進(jìn)行5V供電，PD協(xié)商后，VBUS提高至需求電壓。
PD協(xié)議的協(xié)商由Source端和Sink端的PD PHY在CC線上以收發(fā)報(bào)文的形式進(jìn)行，報(bào)文使用4b5b編碼方式。
PD協(xié)議的完整系統(tǒng)包含策略層、協(xié)議層、物理層。其中策略層負(fù)責(zé)制定充電策略，管理充電規(guī)格，這部分一般由系統(tǒng)中的SOC進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；協(xié)議層按照策略層指令構(gòu)建對(duì)應(yīng)的協(xié)議報(bào)文，解析由物理層傳遞來的報(bào)文，并將內(nèi)容反饋至策略層，處理GoodCRC和重發(fā)機(jī)制；物理層則對(duì)于協(xié)議層發(fā)來的報(bào)文進(jìn)行CRC校驗(yàn)，進(jìn)行4b5b編碼并將報(bào)文從CC發(fā)出，或是對(duì)CC線上發(fā)來的報(bào)文進(jìn)行5b4b解碼以及CRC校驗(yàn)，并將解碼后的內(nèi)容反饋至協(xié)議層。
艾為AW35615作為一款支持PD3.0的PD PHY，可實(shí)現(xiàn)如下功能：
1.物理層的數(shù)據(jù)編碼、解碼、CRC校驗(yàn)功能
2.協(xié)議層中構(gòu)建、解析報(bào)文并傳遞給物理層
3.處理GoodCRC以及重發(fā)報(bào)文
PD協(xié)議協(xié)商時(shí)，由主機(jī)對(duì)AW35615的FIFO進(jìn)行讀寫實(shí)現(xiàn)PD數(shù)據(jù)的通信。流程如下圖所示：
發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)通過I2C將數(shù)據(jù)緩存至TX_FIFO中，再使能TX發(fā)送，進(jìn)行物理層編碼后發(fā)送至CC線；接收數(shù)據(jù)時(shí)，AW35615將CC線接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過物理層解碼后緩存至RX_FIFO中，主機(jī)通過I2C訪問RX_FIFO。
PD協(xié)商的流程采用一問一答的形式，一次固定電壓擋位需求的成功協(xié)商過程如下所示：
1. 首先由Source端在CC線上發(fā)送Source_Cap報(bào)文，對(duì)自己可支持的供電類型和擋位進(jìn)行廣播。
2.當(dāng)SNK端成功接收到Source_Cap并解碼成功時(shí)，回復(fù)GOODCRC表示接收成功。
3.SNK端從接收到的SRC中選擇一個(gè)合適的供電類型和擋位，回復(fù)Request報(bào)文來進(jìn)行請(qǐng)求。當(dāng)Source端成功接收到Request并解碼成功時(shí)，回復(fù)GOODCRC表示接收成功。
4.若SNK端請(qǐng)求的供電擋位符合SRC端的能力，則由SRC回復(fù)Accept表示接收。SNK接收到后回復(fù)GOODCRC。
5.SRC端調(diào)整VBUS電壓到SNK請(qǐng)求的功率，然后發(fā)送PS_RDY。SNK收到后回復(fù)GOODCRC。
至此VBUS電壓已調(diào)整為SNK端需求的電壓擋位，PD功率協(xié)商完成。
除了固定電壓擋位，AW35615還支持可編程供電擋位，即PPS模式。不同于固定電壓擋位時(shí)的協(xié)商一次完成后電壓即固定，PPS擋位下，SRC和SNK會(huì)不斷地進(jìn)行交互，協(xié)議要求SRC和SNK之間每10s內(nèi)需要進(jìn)行一次功率協(xié)商，以確保充電狀態(tài)的安全以及實(shí)時(shí)進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)。
PPS模式下，每一次功率協(xié)商時(shí)SNK可以需求SRC端的VBUS電壓以20mV的步長(zhǎng)進(jìn)行步進(jìn)調(diào)節(jié)，因此PPS模式下SNK端可以需求3-20V范圍內(nèi)的任意VBUS電壓。AW35615在這一模式配合開關(guān)電容充電芯片，可以實(shí)現(xiàn)VBUS電壓跟隨電池電壓同步上升，以實(shí)現(xiàn)高效率的快速充電。
AW35615作為一顆支持PD3.0的PD PHY芯片，除了基礎(chǔ)的PD協(xié)議協(xié)商功能，還集成了一些增強(qiáng)保護(hù)性和便利性的附加功能：
1.VBUS放電功能
AW35615提供了兩種放電電阻值660Ω和10kΩ，通過寄存器配置使能進(jìn)行放電，使得VBUS的電壓迅速下降?？焖傩狗臯BUS的殘留電荷，可以減少對(duì)于VBUS引腳的電腐蝕。
2.支持自動(dòng)回復(fù)GoodCRC報(bào)文
AW35615在收到PD報(bào)文并正確解碼后，能夠主動(dòng)回復(fù)GoodCRC報(bào)文，而不用等待策略層的指令，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。
3.自帶WAKE低功耗檢測(cè)模式
此模式下AW35615的CC線在待機(jī)狀未連接態(tài)下將不進(jìn)行toggle以降低功耗。
4.支持附件模式
AW35615可支持附件模式如Audio Accessory以實(shí)現(xiàn)對(duì)于模擬耳機(jī)的識(shí)別，同時(shí)也支持Debug Accessory。
5.支持Alt Mode
AW35615支持進(jìn)行VDM類型報(bào)文的交互，可用于Type-C接口的DP模式切換等拓展應(yīng)用。
6.CC端口過壓保護(hù)功能
由于Type-C接口中CC和VBUS較為接近，因?yàn)樵谑褂弥谢蛴卸搪返那闆r發(fā)生，此時(shí)CC端口的自帶的OVP功能能夠保護(hù)芯片內(nèi)部模塊不被高壓損壞。
除此以外，AW35615還推出了兩種不同封裝的產(chǎn)品以兼容各類應(yīng)用場(chǎng)合，其主要參數(shù)如下：
除了AW35615，艾為還在快充領(lǐng)域進(jìn)行持續(xù)拓展，后續(xù)也會(huì)有集成更多、更新協(xié)議的快充芯片面世，以更全面地覆蓋客戶更多的應(yīng)用場(chǎng)景，滿足客戶的不同需求，敬請(qǐng)期待！
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