USB-PD(Power Delivery)是基于USB Type-C的供電標(biāo)準(zhǔn)，最大功率可達(dá)100W。雖然USB-PD快充越來越熱，但行業(yè)內(nèi)并沒有針對(duì)快充的測(cè)試工具，ZLG致遠(yuǎn)電子正式發(fā)布USB-PD測(cè)試方案，并提供免費(fèi)上門測(cè)試!

1、USB Type-C簡介

Type-C是USB接口的一種形式，不分正反兩面均可插入，支持USB標(biāo)準(zhǔn)的充電、數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸、音頻傳輸、顯示輸出等功能。支持USB-PD后則可實(shí)現(xiàn)高達(dá)100W的電源供電。本文涉及的USB-PD就是通過Type-C的“配置通道引腳CC”(圖1)進(jìn)行通訊的。

圖1 Type-C 接口及插座引腳功能定義

2、USB-PD簡介

USB標(biāo)準(zhǔn)的充電功率都比較小，當(dāng)USB主機(jī)和設(shè)備都支持USB-PD時(shí)，則最大功率可達(dá)20V@5A(表1)。

表1 USB供電標(biāo)準(zhǔn)

USB-PD物理層使用單線通訊(Type-C配置通道CC)，為了增強(qiáng)抗干擾能力并均衡直流分量，發(fā)送協(xié)議數(shù)據(jù)時(shí)，物理層先使用4b/5b編碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再使用雙相標(biāo)記編碼(BMC)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，最終將信號(hào)輸出到CC線上。

接收的過程和發(fā)送的過程相反，具體過程如圖2所示。發(fā)送者或接收者通常為USB PD控制器或微處理器。對(duì)USB-PD協(xié)議進(jìn)行分析時(shí)，只能通過CC線上傳輸?shù)男盘?hào)，其分析過程其實(shí)就類似于接收者的行為。

圖2 USB-PD通訊流程

3、目前USB-PD的分析方式

由于USB-PD在2017年陸續(xù)爆發(fā)，但行業(yè)內(nèi)并沒有相關(guān)的測(cè)試分析工具。目前工程師在分析USB-PD的時(shí)候需要手動(dòng)的將整個(gè)通訊過程波形全部打印出來，通過暴力分析，再對(duì)照協(xié)議進(jìn)行反向譯碼，過程非常痛苦!下圖為致遠(yuǎn)電子推廣團(tuán)隊(duì)拜訪某公司時(shí)看到的分析方法。

圖3 USB-PD打印分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍

使用常規(guī)示波器要通過以下方法進(jìn)行分析(圖4)： BMC解碼、5b4b轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得到通訊的原始數(shù)據(jù)，最終查閱USB PD規(guī)范解析出“Good CRC”信息幀(USB PD通訊中的握手命令)，這其中包含多少艱辛和無奈。

圖4 USB-PD人工分析法

4、目前致遠(yuǎn)電子提供的USB PD分析方式

• 將示波器探頭接在Type-C的CC線上;
• 利用深存儲(chǔ)將上電過程幾秒鐘的數(shù)據(jù)全部采樣;
• 然后開啟USB-PD協(xié)議解碼插件，分析在幾秒內(nèi)即可完成。

5、USB-PD分析效果演示

圖5所示為USB PD充電器上電后與設(shè)備的通訊波形，從圖5中的事件列表中，可以直觀的看出該充電器可以提供5V@3A、9V@3A和15V@3A幾種供電能力，充電器最大能輸出功率45W。

圖5 ZDS4054 Plus USB-PD協(xié)議分析

6、USB-PD分析內(nèi)部過程分析

圖6以“Accept”幀為例描述示波器內(nèi)部分析的四個(gè)流程。

① 對(duì)CC線上的信號(hào)進(jìn)行BMC解碼(跳變?yōu)檫壿嫛?”，不跳變?yōu)檫壿嫛?”)得到比特流;

② 將比特率合并為5B編碼;

③ 將5B編碼轉(zhuǎn)換為4B編碼，得到半字節(jié)(十六進(jìn)制)的原始協(xié)議數(shù)據(jù);

④ 根據(jù)USB PD協(xié)議將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，翻譯為容易理解的明文(可導(dǎo)出網(wǎng)頁報(bào)表或CSV文件)。

圖6 USB-PD解碼流程分析