李倩 發表於 2018-07-11 15:54:14
PD快充的發展
PD全稱PowerDelivery，中文意思為電源傳輸管理。
2014年8月，USB-IF發布了極具革命性意義的TYPE-C 1.0接口標準和USB PD2.0標準，創新性地實現了在專用的通信線CC上，進行USB PD通信信號傳輸。
2017年2月，USB-IF發布了USB PD3.0的重要更新，旨在一統快速充電技術規範的PPS(Programmable Power Supply)，實現對高通QC4.0/3.0、聯發科PE3.0/2.0、華為/OPPO等方案的收編。
2017年10月，iPhone8、iPhoneX發布，宣布支持PD快充協議，PD普及步入快車道
USB-IF推廣PD的目的是統一快速充電協議，從市場的變化來看，也正在朝這個方向發展，高通QC4.0協議和MTK3.0協議都採用了PD3.0的PHY層設計。不過可以預見，從多協議並存到統一至少還需要2-3年時間，在此期間，多協議仍然是配件市場的發展主流，而在眾多協議之中，PD協議將會是客戶的硬性指標。
選擇合適的架構
要設計一款好的PD移動電源，選擇合適的架構非常重要。目前市面上主要有硬體SOC、軟體SOC、MCU+DC-DC三種架構：
就移動電源架構而言，並沒有「絕對的最優與最差」，更多在於「誰最能解決客戶的痛點」以及「誰最能適應技術發展的需求」。
軟體SOC架構
軟體SoC架構是把MCU和DC-DC集成在同一顆SoC晶片上，既滿足靈活性的需求，也有集成度高、外圍器件少的特點。但MCU和DC-DC兩種技術的發展路線完全不同，工藝差異也很大，要在同一顆晶片上集成MCU和DC-DC，做到高可靠性難度非常大。目前，還沒有特別成熟穩定的軟體SOC PD晶片。因此，建議謹慎選用軟體SOC的架構的PD移動電源方案。
硬體SOC架構
硬體SOC架構把PD協議固化成硬體，具有成本低、開發速度快的特點。很多人認為在不追求功能多樣化的情況下，硬體SOC是最好的選擇，這往往是他們忽略了PD協議的發展過程以及PD協議的完整性。PD協議的完整性，在於提供了電能和數據、音視頻傳輸的完整協議框架，同時又留有VDM，即自定義數據包功能，讓企業可以進行私有協議處理，以及電池管理、固件升級、私有加密等，所以各家產品依然有協議的「私有」成份存在，未完全統一。因此，即便你的產品過了認證，也未必能兼容市面上的所有設備。也許有人會說，我的產品已經獲得了USB-IF的認可，不兼容那是設備的問題，不是我產品的問題。然而，終端用戶並不會考慮你的產品認證不認證，只會看你的產品能不能給自己的終端進行充電。所以從PD協議的發展過程以及完整性考慮，目前並不推薦選用硬體SOC設計PD移動電源產品。
MCU+DC-DC架構
目前看來，PD產品的成熟周期至少需要2-3年時間，在此之前，PD協議的靈活性對於產品的兼容性尤為重要，而能夠同時兼顧可靠性與兼容性的架構正是MCU+DC-DC架構。目前市面上的一線主流PD半導體廠商，如賽普拉斯、TI、芯海科技等，皆是採用MCU+DC-DC的架構。
典型的MCU+DC-DC架構的移動電源設計
相對於其它的架構，MCU+DC-DC架構主要特點是：
MCU性能強大、協議全、升級空間大
MCU+DC-DC架構都會選用性能強大的MCU作為主體，以芯海科技的Smart 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議。晶片集成多種協議PHY層，通訊內容可通過軟體進行升級，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
對於目前的PD移動電源一般都是A口與C口同時存在，協議分配一般是PD協議放C口，其他快充協議放A。但是對於兩個口同時接設備的場景，不同的客戶對這部分的功能定義不一樣。
從功能定義角度出發，對於PD移動電源核心功能是PD快充，無論什麼情況下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口降功率而無法充電。對於這部分的客戶需求為：任意一個口接設備都有快充，A口和C口都接設備時，C口保持快充，A口只輸出5V。
從成本定義角度出發，兩個口同時接設備保持PD輸出成本太高，這部分客戶需求為：任意一個口接設備都有快充，A口和C口都接設備時只能共同輸出5V。
進入快充時代，移動電源的定義再也不會像傳統移動電源那樣功能單一，不同的客戶對於多口控制的邏輯需求會不一樣，另外還有顯示方式，報警方式，控制方式都會有不同的需求。
而對於功能定製化，恰恰是MCU的傳統強項，可以支援到客戶的多樣化需求。
免拆機固件升級功能
傳統的移動電源產品，如果因為兼容性、協議升級、客戶需求變更等問題，需要升級固件，只能回收-拆殼-重新燒寫固件，成本非常高。PD3.0V1.1定義了固件升級功能的規範，就是為了解決這個問題，是PD3.0對PD2.0的一個重大升級。由於PD協議具有發展速度快和允許私有化的特性，固件升級的需求會更多。
芯海科技的CSS32G020很好的解決這個問題：通過TYPE-C接口升級固件。如果遇到需要升級固件的情況，無需拆機，把產品通過數據線連接到PC就可實現升級，這是硬體SOC架構所無法比擬的。
快速開發
開發成本高，一直是MCU+DC-DC方案的痛點。特別是PD協議動輒上百頁的英文資料，對軟體工程師是一個很大的挑戰。為了解決客戶的這個痛點，芯海科技專門推出了Smart PD圖形化開發工具。用戶無需了解PD規格的細節，也不用學習軟體開發，只做簡單的勾選配置，就可以完成PD移動電源的軟體開發。可以設置的內容包括PDO、RDO、VDM、企業專用VID、PID、TID等信息，以及移動電源的各項參數，譬如：過流值、過壓值、溫度保護參數、電池內阻參數、顯示方式等。
結語：
從PD協議的發展過程以及完整性考慮，最適合PD移動電源設計的架構是MCU+DC-DC架構。在PD協議完全統一快充之前，支持固件升級、配合圖形化開發工具，是開發PD移動電源的最佳選擇。
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