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1、2009 年 4 月，全球移动通信系统协会(GSMA)联合 OTMP(手机开放组织联盟)17家移动运营商和制造商宣布实施跨行业的通用充电器标准，此标准采纳了 USB-IF的 micro-USB 接口作为手机数据和充电的统一接口，并采纳 USB-IF 的 Battery Charging 规范作为充电规范。USB-IF 公布了 1.1 版的 Battery charging 规范( 以下简称为 BC 规范)，比起两年前公布的 1.0 版本，这个新版本有了较大更新和补充。同时，与之配套的测试规范也正在制定中，预计将在年内颁布和实施。届时 USB Battery Charging 相关测试项目将纳入
2、到 USB 兼容测试认证中。电池充电规范原有 USB2.0 规范并没有考虑到使用 USB 接口为便携式设备的电池进行充电的需求，而这样的需求却越来越多。BC 规范要解决的就是这个问题，符合规范的设备和系统即向下兼容 USB2.0 标准，又针对充电做出了特别的优化。实际上，BC 规范的核心内容就是引入了充电端口识别机制。一个符合 BC 规范的便携式 USB 设备或 OTG 设备通过这套机制可以识别出是插到了一个标准的 USB下行接口(Standard Downstream Port );一个 USB 专用充电器(USB Charger);还是一个针对充电做过优化的 USB 下行接口(Chargi
3、ng Downstream Port)。然后，这些设备将根据不同的情况，按照 BC 规范的要求来获取不同的电流。便携式设备和三种 USB 充电接口 Portable DevicePortable Device(以下简称 PD)指电池供电的便携式 USB 外设或者 OTG 设备，可以通过 USB 接口来为自身的电池充电。BC 规范建议这些的 PD 应该具备相应的端口识别能力和对从 USB 总线获取电流的控制能力。 Standard Downstream Port基本上，这个 Standard Downstream Port 指符合现有 USB2.0 规范的主机(HOST)或集线器(HUB) 上的
4、下行 USB 接口。根据 USB2.0 规范，当 USB 外设处于未连接(un-connect)或休眠(suspend)的状态时，一个 Standard Downstream Port 可向该外设提供不超过 2.5mA 的平均电流;当外设处于已经连接并且未休眠的状态时，电流可以至最大 100mA;而当外设已经配置(configured )并且未休眠时，最大可从VBUS 获得 500mA 电流。 Charging Downstream PortCharging Downstream Port 是即兼容 USB2.0 规范，又针对 USB 充电作出了优化的下行 USB 接口，它可以是主机上的 US
5、B 接口，也可以是 USB 集线器上的。这些下行 USB 接口能配合 Portable Device 完成充电端口识别动作，并提供最大至1.5A 的供电能力，满足 PD 大电流快速充电的需求。今后很有可能会出现这样的产品，一台笔记本电脑上 1 个 Charging Downstream Port 和多个 Standard Downstream Port 同时存在，用户可以将手机或其他 PD 连接到 Charging Downstream Port 进行快速充电，并且在充电的同时可以进行数据连接。 USB ChargerBC1.1 规范中定义的 USB Charger 与目前市面上可以买到的 U
6、SB 专用充电器类似。USB Charger 通过 USB 口为 PD 提供充电所需电能，BC1.1 要求将 USB Charger中的 D+和 D-进行短接，以配合 PD 的识别动作，但它不具备和 USB 设备通信的能力。规范中对 USB Charger 的电压电流输出能力做出了较严格要求，以确保 PD的安全。USB 端口识别机制BC 规范的核心在于充电识别机制，通过这个机制，当 PD 插入到 USB 接口时，PD 将识别出所插入的 USB 接口类型。当 PD 插入到 USB 接口以后，它向 D+上加载一个 0.6V 左右的电压(VDP_SRC)，随后，PD 开始检测 D-线上的电压，查看是
7、否收到 0.6V 的电压回应(VDM_SRC) 。因为 Standard Downstream Port 不会对 D+上的 0.6V 信号作出任何回应，所以如果 PD 插入的是 Standard Downstream Port,那么 D-将保持为低电平( 图 1)。在 Charging Downstream Port 中，采用了与 PD 类似并且与之互补的检测电路，当它检测到 D+上有 0.6V 时，它将随即向 D-加载 0.6V 电压，以回应 PD;而在USB Charger 中，由于 D+和 D-是短接的，所以当 D+上被加载 0.6V 电压时，D-也变成了 0.6V。所以，PD 插入到
8、Charging Downstream Port 或是 USB charger, 则 D-线上会被回应一个 0.6v 电压。此后，PD 先将 D+(PD 为高速或全速设备) 或 D-(PD 为低速设备)拉高至逻辑高电平， 然后通过检测另外一根数据线的电压来区分是Charging Downstream Port 还是 USB charger。因为 Charging Downstream Port 在充电检测时期，只回应 VDP_SRC 而不会回应逻辑高电平，所以它将保持数据线为低(图 2)。由于 USB charger 内部短接了 D+和 D-，如果一根数据线被拉高，那么另一根数据线也将变成高电
9、平(图 3)。通过以上的检测机制，PD 就可以识别出所插入的是何种 USB 端口。无电电池充电机制无电电池充电机制 Dead Battery Provision(以下简称 DBP)在 BC1.1 规范中是一个独立的章节，DBP 针对一个装有无电或低电量电池的 PD 插入到 Standard Downstream Port 的情况进行了新的规范，它实际上是对 USB2.0 规范的扩展，确保 BC1.1 规范向下兼容 USB2.0 规范。USB2.0 规范要求 USB 外设在未连接 HOST 时，从 VBUS 吸取的电流不能超过2.5mA。但有一些 PD 在启动时的数秒钟内需要消耗 100mA 以
10、上的电流，如果这些便携设备自身的电池电量不足或彻底没电时，它将从 VBUS 上获取这些电流。因此，当这样的设备插入到 USB 端口时，可能无法启动;更多情况是，由于多数HOST 或者 HUB 并不限制设备消耗的电流，因此设备将以大电流启动，虽然他们也可以正常工作，但是这将导致 USB 系统的不稳定，同时这些设备也不能通过USB 兼容认证测试。DBP 就是针对这种情况，有条件地放宽了 USB2.0 的要求。DBP 规定，使用电池的便携式 USB 设备在插入(Attach)到 USB 端口到和主机连接 (Connect)这一时间段内，最多可以从 VBUS 获取 100mA 的电流(USB2.0 标
11、准是 2.5mA)，但是要满足下列条件： PD 安装的电池应该处于无电或低电量的状态，即 PD 使用这样的电池将不能开机; 当 PD 插入到 USB 端口以后并需要开始获取大于 2.5mA 的电流时，PD 须将D+拉高至 0.5-0.7V,并一直保持到和主机连接(Connect); 这些从 VBUS 获取的电流应该用于 PD 给电池充电，从而使得 PD 最终能够连接(Connect)和枚举 (Enumerate); 这个以大于 2.5mA 电流充电的过程不得超过 45 分钟。充电电流比较BC 规范通过对原有 USB2.0 的扩展和引入新的充电机制，较大地提升了 USB 接口的充电能力，方便 P
12、D 以大电流快速充电。表 1 给出了不同情况下，供给 PD 充电的最大电流。辅助充电适配器(Accessory Charger Adapter)BC1.1 较之 1.0 版本，新引入了辅助充电适配器(Accessory Charger Adapter 以下简称 ACA)的概念。随着便携式设备变得越来越小，多数的 PD 只有一个 USB 接口用于连接外设或者充电, 但连接外设和充电不能同时进行。例如，当一部手机通过 USB 接口连接了外置耳麦的时候，就不能通过 USB 接口进行充电了。ACA 的用途就是让 PD 可以同时连接 USB 外设和通过 USB 端口充电。ACA 具有三个端口： OTG
13、Port 用于连接便携式设备(OTG Device);Accessory Port 用于连接 USB 外设;Charger Port 用于连接 USB 充电端口，可以是一个 USB 专用充电器也可以是一个 Charging Downstream Port(图 4)。相关测试目前，和 BC1.1 配套的测试规范正在由 USB-IF Battery Charging 小组制定中。根据 BC1.1 的内容，测试规范将分成三个部分：Portable Device Compliance Plan;Charging Port Compliance Plan;ACA Compliance Plan。其中，前
14、两个部分完成后，将被纳入到现有的 USB 兼容测试证中去。也就是说，如果一个 PD 产品需要获得 USB 兼容性认证(使用 USB Logo)，不仅要进行传统USB 兼容测试，还要进行 BC 部分的测试。Portable Device Compliance Plan 检测 PD 是否满足 BC1.1 规范，主要有两个方面，一是针对 BC1.1 中的 DBP 部分，重点检查当一个安装电池的 PD 插入一个Standard Downstream Port 时，PD 从 USB 总线消耗的电流是否满足要求;消耗的电流是否只用于电池充电而不用于其他;当 PD 消耗的电流以大于 2.5mA 时，PD是否
15、向 D+上加载 0.6v 电压;PD 插入 USB 端口时的冲击电流是否满足要求等等。另一方面，Portable Device Compliance Plan 将着重测试 PD 的充电端口检测机制。被测 PD 将被分别连接至 Stand Downstream Port，Charging Downstream Port和 Dedicated Charging Port，同时，PD 上的电压(VBUS)、电流( IBUS)、D+，D-将被记录下来，这些电压电流以及时序关系将被用来判断该 PD 是否符合 BC1.1规范。Charging Port Compliance Plan 针对 USB 专用充
16、电器以及 Charging Downstream Port 进行测试。主要包括对电压，电流等输出参数的测试，还包括上冲/下冲，短路/恢复等特定情况的测试。需要指出的是，目前已经颁布的中国手机充电器标准(YDT 1591-2006)与本测试的部分内容相似，但也有所区别。总体上来讲，YDT 1591-2006 只针对 USB 充电器作出了规范，并在充电器绝缘、安规等方面给出了详细的要求;而 BC1.1 规范引入了完善的充电机制并给出了相关的具体要求，它涉及充电电能的使用者(便携式外设)和充电电能的提供者(USB 端口)两个方面。而对于 USB 专用充电器部分， BC1.1 中有专门定义和规范，并且对于 USB 专用充电器输出能力、短路保护、标识等提出更详细的要求。结语USB 是一个成功的接口标准，数以亿计的 USB 设备遍布于我们的生活中。BC1.1规范给予了 USB 标准以新的活力，它一方面解决了现有 USB2.0 标准的不足，另一方面为消费者提供了更大的便利。相信会有更多的 USB 便携式设备使用 USB
