【導讀】USB-IF推廣PD的目的是統一快速充電協(xié)議，從市場(chǎng)的變化來(lái)看，也正在朝這個(gè)方向發(fā)展，高通QC4.0協(xié)議和MTK3.0協(xié)議都采用了PD3.0的PHY層設計。不過(guò)可以預見(jiàn)，從多協(xié)議并存到統一至少還需要2-3年時(shí)間，在此期間，多協(xié)議仍然是配件市場(chǎng)的發(fā)展主流，而在眾多協(xié)議之中，PD協(xié)議將會(huì )是客戶(hù)的硬性指標。
PD快充的發(fā)展
PD全稱(chēng)Power Delivery，中文意思為電源傳輸管理。
2014年8月，USB-IF發(fā)布了極具革命性意義的TYPE-C 1.0接口標準和USB PD2.0標準，創(chuàng )新性地實(shí)現了在專(zhuān)用的通信線(xiàn)CC上，進(jìn)行USB PD通信信號傳輸。
2017年2月，USB-IF發(fā)布了USB PD3.0的重要更新，旨在一統快速充電技術(shù)規范的PPS(Programmable Power Supply)，實(shí)現對高通QC4.0/3.0、聯(lián)發(fā)科PE3.0/2.0、華為/OPPO等方案的收編。
2017年10月，iPhone8、iPhoneX發(fā)布，宣布支持PD快充協(xié)議，PD普及步入快車(chē)道
USB-IF推廣PD的目的是統一快速充電協(xié)議，從市場(chǎng)的變化來(lái)看，也正在朝這個(gè)方向發(fā)展，高通QC4.0協(xié)議和MTK3.0協(xié)議都采用了PD3.0的PHY層設計。不過(guò)可以預見(jiàn)，從多協(xié)議并存到統一至少還需要2-3年時(shí)間，在此期間，多協(xié)議仍然是配件市場(chǎng)的發(fā)展主流，而在眾多協(xié)議之中，PD協(xié)議將會(huì )是客戶(hù)的硬性指標。
選擇合適的架構
要設計一款好的PD移動(dòng)電源，選擇合適的架構非常重要。目前市面上主要有硬件SOC、軟件SOC、MCU+DC-DC三種架構：
就移動(dòng)電源架構而言，并沒(méi)有“絕對的最優(yōu)與最差”，更多在于“誰(shuí)最能解決客戶(hù)的痛點(diǎn)”以及“誰(shuí)最能適應技術(shù)發(fā)展的需求”。
軟件SOC架構
軟件SoC架構是把MCU和DC-DC集成在同一顆SoC芯片上，既滿(mǎn)足靈活性的需求，也有集成度高、外圍器件少的特點(diǎn)。但MCU和DC-DC兩種技術(shù)的發(fā)展路線(xiàn)完全不同，工藝差異也很大，要在同一顆芯片上集成MCU和DC-DC，做到高可靠性難度非常大。目前，還沒(méi)有特別成熟穩定的軟件SOC PD芯片。因此，建議謹慎選用軟件SOC的架構的PD移動(dòng)電源方案。
硬件SOC架構
硬件SOC架構把PD協(xié)議固化成硬件，具有成本低、開(kāi)發(fā)速度快的特點(diǎn)。很多人認為在不追求功能多樣化的情況下，硬件SOC是最好的選擇，這往往是他們忽略了PD協(xié)議的發(fā)展過(guò)程以及PD協(xié)議的完整性。PD協(xié)議的完整性，在于提供了電能和數據、音視頻傳輸的完整協(xié)議框架，同時(shí)又留有VDM，即自定義數據包功能，讓企業(yè)可以進(jìn)行私有協(xié)議處理，以及電池管理、固件升級、私有加密等，所以各家產(chǎn)品依然有協(xié)議的“私有”成份存在，未完全統一。因此，即便你的產(chǎn)品過(guò)了認證，也未必能兼容市面上的所有設備。也許有人會(huì )說(shuō)，我的產(chǎn)品已經(jīng)獲得了USB-IF的認可，不兼容那是設備的問(wèn)題，不是我產(chǎn)品的問(wèn)題。然而，終端用戶(hù)并不會(huì )考慮你的產(chǎn)品認證不認證，只會(huì )看你的產(chǎn)品能不能給自己的終端進(jìn)行充電。所以從PD協(xié)議的發(fā)展過(guò)程以及完整性考慮，目前并不推薦選用硬件SOC設計PD移動(dòng)電源產(chǎn)品。
MCU+DC-DC架構
目前看來(lái)，PD產(chǎn)品的成熟周期至少需要2-3年時(shí)間，在此之前，PD協(xié)議的靈活性對于產(chǎn)品的兼容性尤為重要，而能夠同時(shí)兼顧可靠性與兼容性的架構正是MCU+DC-DC架構。目前市面上的一線(xiàn)主流PD半導體廠(chǎng)商，如賽普拉斯、TI、芯?？萍嫉?，皆是采用MCU+DC-DC的架構。
典型的MCU+DC-DC架構的移動(dòng)電源設計
相對于其它的架構，MCU+DC-DC架構主要特點(diǎn)是：
MCU性能強大、協(xié)議全、升級空間大
MCU+DC-DC架構都會(huì )選用性能強大的MCU作為主體，以芯?？萍嫉腟mart PD MCU CSS32G020為例，選用ARM® Cortex™-M0內核，支持PD3.0 PPS等各種常用的快充協(xié)議。芯片集成多種協(xié)議PHY層，通訊內容可通過(guò)軟件進(jìn)行升級，可以適應市面上的多種手機的快速充電需求。
資源豐富，靈活度高
對于目前的PD移動(dòng)電源一般都是A口與C口同時(shí)存在，協(xié)議分配一般是PD協(xié)議放C口，其他快充協(xié)議放A。但是對于兩個(gè)口同時(shí)接設備的場(chǎng)景，不同的客戶(hù)對這部分的功能定義不一樣。
從功能定義角度出發(fā)，對于PD移動(dòng)電源核心功能是PD快充，無(wú)論什么情況下C口的輸出功率都不應該受A口的影響，否則很多設備（如筆記本）因為C口降功率而無(wú)法充電。對于這部分的客戶(hù)需求為：任意一個(gè)口接設備都有快充，A口和C口都接設備時(shí)，C口保持快充，A口只輸出5V。
從成本定義角度出發(fā)，兩個(gè)口同時(shí)接設備保持PD輸出成本太高，這部分客戶(hù)需求為：任意一個(gè)口接設備都有快充，A口和C口都接設備時(shí)只能共同輸出5V。
進(jìn)入快充時(shí)代，移動(dòng)電源的定義再也不會(huì )像傳統移動(dòng)電源那樣功能單一，不同的客戶(hù)對于多口控制的邏輯需求會(huì )不一樣，另外還有顯示方式，報警方式，控制方式都會(huì )有不同的需求。
而對于功能定制化，恰恰是MCU的傳統強項，可以支援到客戶(hù)的多樣化需求。
免拆機固件升級功能
傳統的移動(dòng)電源產(chǎn)品，如果因為兼容性、協(xié)議升級、客戶(hù)修改變更等問(wèn)題，需要升級固件，只能回收-拆殼-重新燒寫(xiě)固件，成本非常高。PD3.0 V1.1定義了固件升級功能的規范，就是為了解決這個(gè)問(wèn)題，是PD3.0對PD2.0的一個(gè)重大升級。由于PD協(xié)議具有發(fā)展速度快和允許私有化的特性，固件升級的需求會(huì )更多。
芯?？萍嫉腃SS32G020很好的解決這個(gè)問(wèn)題：通過(guò)TYPE-C接口升級固件。如果遇到需要升級固件的情況，無(wú)需拆機，把產(chǎn)品通過(guò)數據線(xiàn)連接到PC就可實(shí)現升級，這是硬件SOC架構所無(wú)法比擬的。
快速開(kāi)發(fā)
開(kāi)發(fā)成本高，一直是MCU+DC-DC方案的痛點(diǎn)。特別是PD協(xié)議動(dòng)輒上百頁(yè)的英文資料，對軟件工程師是一個(gè)很大的挑戰。為了解決客戶(hù)的這個(gè)痛點(diǎn)，芯?？萍紝?zhuān)門(mén)推出了Smart PD圖形化開(kāi)發(fā)工具。用戶(hù)無(wú)需了解PD規格的細節，也不用學(xué)習軟件開(kāi)發(fā)，只做簡(jiǎn)單的勾選配置，就可以完成PD移動(dòng)電源的軟件開(kāi)發(fā)?？梢栽O置的內容包括PDO、RDO、VDM、企業(yè)專(zhuān)用VID、PID、TID等信息，以及移動(dòng)電源的各項參數，譬如：過(guò)流值、過(guò)壓值、溫度保護參數、電池內阻參數、顯示方式等。
結語(yǔ)：
從PD協(xié)議的發(fā)展過(guò)程以及完整性考慮，最適合PD移動(dòng)電源設計的架構是MCU+DC-DC架構。在PD協(xié)議完全統一快充之前，支持固件升級、配合圖形化開(kāi)發(fā)工具，是開(kāi)發(fā)PD移動(dòng)電源的最佳選擇。
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