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[资料分享] 科普:PPS充电器为何不兼容笔记本电?

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发表于 2018-11-19 09:36:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 qwqwqw2088 于 2018-11-19 09:36 编辑

     USB PD没有发布之前,手机快充标准呈现出QC2.0\3.0、MTK PE、FCP/SCP、AFC、VOOC/DASH等等标准。USB-IF看到这个局面,在最新的USB PD3.0规范中引入了PPS系统子集,用于向下兼容对手机设备的充电。


一、USB PD打破碎片化僵局


       USB PD在电源快充协议中好比全球通用的英语,其他协议因为是自家定义私有协议,好比法语、德语、西班牙语、阿拉伯语等等。


        自从有了大家各自遵循的USB PD后,充电器与手机、笔记本的充电变得智能了,通过实现写入的PDO程序,双方可以相互协商最佳充电功率。
360截图20181118111458028.jpg
USB PD让充电器变得智能


      更通俗一点说,当充电器发出“How are you”,手机、笔记本听懂大家是同一个语种(协议)于是也友好的说“I'm fine,thank you,and you?”,双方握手成功,开始充电。


二、这锅PPS该不该背?臣妾冤枉呀


先来科普一下PPS。


       PPS(Programmable Power Supply)可编程电源,属于USB PD3.0中支持的一种Power Supply类型,是一种使用USB PD协议输出的可以实现电压电流调节的电源。PPS规范整合了目前高压低电流、低压大电流两种充电模式。另外,PPS规范将电压调幅度降低到为20mV一档,是QC3.0标准的十分之一,电压调节更为精准。
360截图20181118111720324.jpg
PPS详细介绍


      注意,PPS是跟USB PD3.0一同认证的,属于旗下的一个分支。USB-IF的USB PD认证有USB PD2.0、USB  PD3.0、USB PD3.0(PPS)。由此可见,不是所有的USB PD都支持PPS。但是USB PD3.0向下兼容2.0。


        早期发布的部分笔记本,那个时候PPS还没见踪影,如USB PD协议芯片ADC精度不够或者系统不具备在线升级能力,USB PD协议芯片会按照最初的设计规范工作。



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 楼主| 发表于 2018-11-19 09:36:15 | 显示全部楼层
三、兼容需要多方努力


      USB-IF每年都会在全球举办workshop,这个素有业内武林大会之称,今年11月在台北举办的workshop,这也是在亚洲举办的唯一一场。
360截图20181118112148658.jpg
USB-IF workshop


      USB-IF举办workshop的最大目的,就是让全世界的芯片商、设备商相聚一起解决彼此兼容性问题,通过相互测试后,现场颁发USB-IF认证报告,目前最新的是USB PD 3.0(PPS)。
360截图20181118112257997.jpg
具备PPS协议的QC4+充电器


     通过观察,这次PPS充电器不兼容部分笔记本,不是个例;接下来具备PPS的充电器在给笔电充电时还会继续遇到兼容问题,并且概率还会提升。这个属于历史遗留问题,因为PPS出来比较晚;Apple等品牌早期出货的产品,USB-IF还没有定义PPS。


     不兼容的原因是部分笔记本电脑采用协议芯片所致。早期设计笔记本的时候USB PD2.0规范里面没有说到如何去兼容PPS,这个厂商可以自由发挥的空间就比较大。
      经过ChargerLAB UW001协议分析显示,该类Host拥有一个特点就是主机无法解析正确的USB PD3.0, 一旦带有PPS功能的充电器就会拒充。

       再进一步说,USB PD是协商充电,主机端的协议芯片并未选择Fixed PDO,就是常说的5、9、15、20V固定电压, 而是直接判断PPS为非标准充电器,采用reset充电器,从而拒绝充电保护自身。如笔记本更换协议握手检测流程,先选择Fixed PDO,跳过PPS,这样充电兼容问题就会解决。此外,充电器关闭PPS,也可以解决充电兼容问题,这个需要升级协议芯片固件,小白用户无法操作。


     笔记本电脑品牌都是大佬,这些产品在出货的时候都会搭配原装USB PD充电器销售;并且保修卡说明书上通常友情提示推荐原厂认证的电源适配器,采用第三方出现的问题概不负责。



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 楼主| 发表于 2018-11-19 09:36:16 | 显示全部楼层
四、PPS充电器为何遇到笔电兼容问题


目前USB PD协议都在升级到USB PD3.0,在USB PD3.0的协议里面,对充电头的Power Rule 和 PPS的都有全新的定义。


USB PD3.0 分为两种:
USB PD3.0 不带PPS (纯USB PD2.0协议升级版,版本号为REV 3.0);
USB PD3.0 带PPS。
360截图20181118112523008.jpg




PD2.0/3.0互通要求。


360截图20181118112557780.jpg


凡是有一方是USB PD2.0的,这个USB-C的连接中(SRC/SNK/EMARK)都会降为USB PD2.0;除非USB-C的连接设备全部都为USB PD3.0,PD协议才会统一采用USB PD3.0。


USB PD3.0充电头 (USB PD3.0 带PPS) 给MacBook 2016笔记本充电的情况实测:锤子18W充电器 (支持PPS的充电器)。
360截图20181118112630607.jpg 360截图20181118112654885.jpg


为什么会出现60W呢?而且反复充电/断电,18W充电器最大功率不就是18W 嘛。


用ChargerLAB UW001看看报文交互过程:
360截图20181118112806056.jpg



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 楼主| 发表于 2018-11-19 09:36:17 | 显示全部楼层
PPS充电器发出了5/9/12V的固定电压通告和5V/9V档的PPS通告。


360截图20181118113553204.jpg
USB PD报文交互过程诊断
360截图20181118113619208.jpg
USB PD报文交互过程诊断
360截图20181118113644523.jpg
而且看起来苹果MacBook申请了第5档,9V档PPS (3.3~11V),但这样也显然不对,电脑只要了0.88V,不可能嘛。


真正的情况是:
360截图20181118113644523.jpg
USB PD报文交互过程诊断
360截图20181118113751662.jpg
USB PD报文交互过程诊断


       苹果MacBook把SRC_CAP 中PPS报文解析成 固定电压档 (38.8V/2.96A),同时按照USB PD2.0的Request来请求38.8V 电压的1.5A, 这样就出现了MacBook显示为60W充电了。


      充电器和受电设备MacBook的理解不一致,后续的电压检测之类的保障就都不对了,所以就会一直出现Hard Reset复位的故障了。 说到底,充电器是个被动的设备,关键问题还是苹果MacBook不能正确识别PPS报文的原因了。


      据业内工程师介绍,Apple在USB PD2.0就考虑了PPS,但是并未处理PPS导致了这一问题。 在实际的互联中,我们也发现Dell XPS笔记本也有类似问题,但XPS的问题更进一步,只要充电器发出了PPS的报文,笔记本本那边就反复发Hard Reset出来,复位充电器,彻底不请求电压。


五、解决途径


     说到这,笔记本电脑是贵重物品,充电器不能给笔记本充电;大家第一反应不是笔记本问题,而是充电器坏了。其实充电器并没有坏,而是笔记本的USB PD握手协议跟充电器不匹配,造成了无法充电。


     笔记本电脑厂商都是巨头,他们在保修卡、说明书中提示消费者使用原装配件以获得最佳性能,但消费者对第三方配件是有需求的。怎么办呢?


1、第三方充电器不采用USB PD3.0,改用纯USB PD2.0的协议做交互;
2、充电器上加系统判断策略,当充电器发现有这类现象,被动复位后,改发USB PD2.0协议来兼容支持此类设备。


这样可以在对QC4.0/PPS手机互联的场合下,PPS也能继续用起来。



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