6010 ATE 提供快速充電技術(shù)〈 QC2.0, QC3.0, PE, PE+ 2.0, USB PD 〉測(cè)試解決方案

 

 

ATE 提供快速充電技術(shù)〈 QC2.0、QC3.0、PE、PE+ 2.0、USB PD 〉測(cè)試解決方案

 

 

 

博計(jì)開(kāi)發(fā)的99094 Quick Charger Emulator同時(shí)提供Quick Charger、Pump Express、USB PD 3種快速充電裝置模擬測(cè)試。99094內(nèi)部含有Channel 1、Channel 2、Channel 3、Channel 4四組快速充電模擬器，在6010 ATE系統(tǒng)上可以同時(shí)模擬4個(gè)手機(jī)、平板及筆電等裝置的快速充電控制信號(hào)，對(duì)於各種快速充電技術(shù)的充電器提供快速的測(cè)試與驗(yàn)證。

99094的每個(gè)Channel內(nèi)為15Pin的連接器，如下圖所示，15Pin的控制信號(hào)再區(qū)分CHA與CHB的控制信號(hào)，這是提供給生產(chǎn)線上高速測(cè)試所需的測(cè)試治具A/B切換的連接需求，每個(gè)連接器接腳如下圖、如下表所示。

99094 pin define

 

 1. Quick Charger 2.0 與 3.0 

因應(yīng)手持裝置、手機(jī)、平板的電池容量加大後，使用5V/1A, 5W 標(biāo)準(zhǔn)充電器導(dǎo)致充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，除了 QC 1.0 5V/2A,10W 充電器較 5W 標(biāo)準(zhǔn)充電器可降低50% 充電時(shí)間的方案外，Quick Charge 2.0 是 Qualcomm 對(duì)行動(dòng)裝置能提供更快速充電的方案，當(dāng)行動(dòng)裝置與充電器都符合 Quick Charge 2.0 協(xié)議時(shí)，充電器接受行動(dòng)裝置的指令，提高充電器功率輸出達(dá)到對(duì)行動(dòng)裝置電池快速充電。

具體來(lái)說(shuō) Quick Charge 2.0 提供 5V, 9V, 12V, 20V, 最大 18W 四段電壓充電，其符號(hào)是閃電加圓圈有Class A與Class B 兩種,如下圖所示，其中Class A支援三種電壓 (5/9/12V)，Class B支援四種電壓（5/9/12/20V）。

 

 

QC 2.0的原理

充電器是偵測(cè) USB 上D+與D-的電壓來(lái)控制充電器的輸出電壓，如下表所示

 

 

 

QC 2.0的控制方式

 

博計(jì)6010 ATE的99094 Quick Charger Emulator針對(duì)QC 2.0測(cè)試能夠模擬D+，D-的各種電壓組合來(lái)驗(yàn)證測(cè)試充電器的輸出電壓，還能夠模擬連接及移除對(duì)充電器的連接， 來(lái)驗(yàn)證充電器能夠立即自動(dòng)停止高電壓輸出降為5V， 確保功能正常符合Quick Charge 2.0 的規(guī)範(fàn)。

 

 

QC Charger Application Connect diagram

 

 

 

目前市面上已經(jīng)有許多廠商的產(chǎn)品支援 Quick Charge 的裝置，如 HTC,SONY,MOTOROLA, Google,Samsung,Asus 等。

由於 Quick Charge 2.0 具有縮短充電時(shí)間顯著的效能，對(duì)消費(fèi)使用者相當(dāng)便利，預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)愈來(lái)愈普遍，當(dāng)然充電器也須從目前標(biāo)準(zhǔn) 5V/1A 5W 向上提升到 15W 或 18W，才能有能力快速充電。

除了Quick Charge 2.0外，Qualcomm已經(jīng)推出下一代Quick Charge 3.0快速充電技術(shù)，採(cǎi)用最佳電壓智慧演算法（Intelligent Negotiation for Optimum Voltage,INOV）可以進(jìn)一步減少功率損耗達(dá)45%，Quick Charge 3.0以0.2V增減量，從3.6V到20V電壓讓手機(jī)獲得最適電壓來(lái)達(dá)到提高充電效率並改善發(fā)熱問(wèn)題。

 

QC 3.0的原理

 

充電器是偵測(cè) USB 上D+與D-的電壓及脈波來(lái)控制充電器的輸出電壓，如下表所示

 

 

 

QC 3.0的控制方式

QC 3.0與QC 2.0不同點(diǎn)為增加電壓微調(diào)功能，D+ PULSE 使Vout電壓增加0.2V，D-PULSE使Vo u t 電壓減少0.2V， 測(cè)試結(jié)果如下圖，16個(gè)D+PULSE 使Vo u t 電壓增加3.2V，16個(gè)D- PULSE 使Vout電壓減少3.2V。

 

 

 

Quick Charge 3.0 Ramp Up 3.2V and Ramp Down 3.2V

 

博計(jì)6010 ATE的99094 為 4 Channel 的 Quick Charger Emulator，能夠模擬D+,D-的脈波控制0.2V的增量與減量來(lái)驗(yàn)證測(cè)試充電器的輸出電壓,確保符合Quick Charge 3.0的規(guī)範(fàn)。如下圖所示...

 

 

 

 

 2. Pump Express Plus & Pump Express Plus 2.0 

Pump Express為聯(lián)發(fā)科技的快速充電技術(shù)，目前已經(jīng)推展至3.0版，基本上是使用高電壓大電流來(lái)提供快速充電，已獲得SONY、聯(lián)想、金立、魅族等品牌業(yè)者採(cǎi)用。Pump Express特點(diǎn)為允許充電器根據(jù)電流決定充電所需的初始電壓，由手機(jī)內(nèi)的PMIC發(fā)出脈衝電流指令通過(guò)USB的Vbus傳送給充電器，充電器依照這個(gè)指令調(diào)變輸出電壓，電壓逐漸增加至高達(dá)5V 達(dá)到最大充電電流。

 

聯(lián)發(fā)科目前有兩種快速充電規(guī)格：

 

（1）Pump Express Plus為快速直流充電器提供的輸出功率小於15W（5V）類(lèi)似QC2.0，受控輸出固定電壓： 5V、 7V、9V 、12V，主流輸出功率：5V/1A & 5V/1.5A。

（2）Pump Express Plus 2.0為充電器提供的輸出功率大於15W，其差別為輸出電壓可控制，類(lèi)似 QC3.0但是以0.5V 為增減量，從5V到20V電壓讓手機(jī)獲得最適當(dāng)電壓來(lái)達(dá)到提高充電效率並改善發(fā)熱問(wèn)題。

 

 

 

Pump Express的原理

用命令(吃載不同的電流)控制Adapter輸出不同電壓，電流Ilow < 0.13A，Ihigh > 0.3A，PE在變換電壓後需立即吃載至少0.3A 否則電壓會(huì)自動(dòng)跳回5V。
如下圖所示...

PE+2.0動(dòng)作時(shí)序圖

 

 

 

 

 

博計(jì)6010 ATE的99094 為 4 Channel 的 Quick Charger Emulator，能夠模擬命令，吃載不同的電流，電流Ilow < 0.13A，Ihigh > 0.3A來(lái)驗(yàn)證測(cè)試充電器的輸出電壓，確保符合PE的規(guī)範(fàn)。

如下圖所示...

 

 

PE Charger Application Connect diagram

 

 

 

 3. USB Type-C 支援 Power Delivery 

 

 

為了更加普及USB在不同裝置供電上的應(yīng)用，並減少電源線的配置，包括手機(jī)及筆電的充電器，全新的USB Power Delivery便應(yīng)運(yùn)而生。USB-IF於日前宣布了這項(xiàng)名為USB Power Delivery（簡(jiǎn)稱(chēng)PD）的電力傳輸規(guī)範(fàn)，旨在透過(guò)高達(dá)20V 5A 100瓦的電力傳輸量，多達(dá)7種電壓輸出組合，讓各種裝置均能透過(guò)單獨(dú)一條USB線纜滿足供電需求，而縮短裝置充電時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，更能優(yōu)化行動(dòng)應(yīng)用的便利性。

 

 

Power Delivery的原理

USB PD的通信是將協(xié)議層的消息調(diào)製成24MHZ的FSK信號(hào)並耦合到VBUS上或者從VBUS上獲得FSK信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)和充電器通信的過(guò)程。

以手機(jī)和充電器都支持USB PD為例講解如下：

 

• USB OTG的PHY監(jiān)控VBUS電壓，如果有VBUS的5V電壓存在並且檢測(cè)到OTG ID腳是1K下拉電阻 ( 不是OTG Host模式，OTG Host模式的ID電阻是小於1K的 )，就說(shuō)明該電纜是支持USB PD的。
• USB OTG做正常BCS V1.2規(guī)範(fàn)的充電器探測(cè)並且啟動(dòng)USB PD 設(shè)備策略管理器，策略管理器監(jiān)控VBUS的直流電平上是否耦合了FSK信號(hào)，並且解碼消息得出是CapabilitiesSource 消息，就根據(jù)USB PD規(guī)範(fàn)解析該消息得出USB PD充電器所支持的所有電壓和電流列表組合。
• 手機(jī)根據(jù)用戶的配置從CapabilitiesSource消息中選擇一個(gè)電壓和電流對(duì)，並將電壓和電流對(duì)加在Request消息的payload上，然後策略管理器將FSK信號(hào)耦合到VBUS直流電平上。
• 充電器解碼FSK信號(hào)並發(fā)出Accept消息給手機(jī)，同時(shí)調(diào)整Power Supply的直流電壓和電流輸出。
• 手機(jī)收到Accept消息，調(diào)整Charger IC的充電電壓和電流。
• 手機(jī)在充電過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)發(fā)送Request消息來(lái)請(qǐng)求充電器改變輸出電壓和電流，從而實(shí)現(xiàn)快速充電的過(guò)程。

 

博計(jì)6010 ATE的99094 為 4 Channel的Quick Charger Emulator，每個(gè)Channel 內(nèi)含USB type C PD控制晶片能夠模擬裝置來(lái)驗(yàn)證測(cè)試USB PD煩瑣的測(cè)試程序，不同規(guī)格的電源產(chǎn)品只需要一次測(cè)試項(xiàng)目的編程，即可使用單鍵簡(jiǎn)單的操作完成所有繁瑣的測(cè)試，取得測(cè)試報(bào)告，有效縮短測(cè)試驗(yàn)證的時(shí)間，確保符合PD的規(guī)範(fàn)。

如下圖所示...

 

 

 

 

PD Charger Application Connect diagram

 

 

6010 ATE for Quick Charger 的系統(tǒng)架構(gòu)圖