原创 智能手机的智能充电（2）

上一篇我们分别使用了数字万用表和带有测量功能的数字化直流电源对手机的充电电流进行了测试。方法不同，但测试结果都出乎意料：实测电流值都远小于充电设备的最大能输出的电流值。看似是一件简单的事情，好像没那么简单。

问题出在哪里了？不排除读者当中有高手，也许早已看出端倪了，知道该如何解决了。不知是否会有人得出“数字万用表和直流电源不适于这种应用的测量”的结论？后续我还将会用那台数字万用表再测测，让大家看看截然不同的结果。

当然，集成度越高，速度越快，可能会导致芯片“发烧”的现象，为了避免这种情况，不少智能手机把包括电源管理，摄像头的ISP等在内的一些功能采用了外部的专门的芯片来实现。市场上已经有一些半导体厂家比如TI, Maxim等，也提供了各自的支持快充甚至无线充电的电源管理芯片。

当今支持快充功能的智能手机的充电是很智能的，是靠复杂的检测和控制来实现的，图1是一简单的示意图，可以看出，这里面包括了嵌入式设计常用的I2C总线，功能强大的电源管理芯片可以对不同类型的充电设备进行检测识别，从而支持普通充电，高电压充电。它的内部有电压，电流，电池温度的监测电路，会根据电池的余量进行控制：当电池电压低于设定的门限时控制手机关机；充电时控制充电的模式，包括对低电量的电池先进行预充电，然后进行恒流模式的充电，然后再进行恒压模式的充电，当电池的电压达到一门限，而充电电流也变小到一门限值时，会认为电池已充满，切断充电；充电时还会监测电池的温度。当电池电量低时还会直接为手机电路供电。

图1：智能手机的智能电源管理示意图

电源管理芯片的内部还具有对充电设备的识别电路，因为几大流派对手机充电器的识别的定义是不一样的。手机充电器不只是一个具有一定的输出电压和电流的开关电源，在它的充电输出接口内部，也就是在它的USB接口的内部，还会有识别电阻。必须注意，不同厂家的定义是不同的，比如，苹果对它的充电接口有它的定义：苹果的5V充电器通常有3种不同的充电电流，分别是0.5A/1A/2.1A。这3种不同充电器的识别是靠在内部的USB充电接口上，通过VDD, D+, D-和GND之间的不同的分压电阻的组合来实现的。当苹果的产品，比如iPAD，iPHONE，iPOD接到充电器的USB接口时，会先检测USB的D+和D-上的电压，对于苹果的0.5A充电器，理论值D+的电压是2V, D-的电压也是2V，压差为0V；对于苹果的1A充电器，理论值D+的电压是2V, D-的电压是2.68V, 压差为-0.68V；对于苹果的2.1A充电器，理论值D+的电压是2.7V, D-的电压是2V, 压差为0.7V。手机内部的电源管理芯片通过检测D+和D-上的电压来确定该充电器的类型。

三星又有自己的定义。对于我的三星NOTE2标配的5V/2A充电器，使用万用表实测了一下，它的D+和D-被短接，再通过一定阻值的分压电阻分别接到VDD和GND。空载时，测得D+和D-对地的电压都分别是1.28V，所以D+和D-之间的电压差为0V，这是三星标配的5V/2A充电器的识别方法。

看到这里，不知您对我在上一篇博客里对使用不同充电器充电电流的 “奇怪的测试结果”是否有些领会了？

既然手机内部的电源管理芯片是通过检测数据线D+和D-上的电平来确定充电器的类型的，而不同厂家的定义又是不一样的，那么，对于我的三星NOTE2手机，当与标配的5V/2A充电器以及与其他厂家的充电器刚接通的那段时间它们的识别过程是怎样的？哪些会被识别？哪些会不被识别？想必这是大家所关心的！

为了验证一下实际情况，我使用了一台RIGOL的四通道的数字示波器DS4054分别对三星5V/2A，苹果5V/1A，兼容苹果的品胜5V/2A这三个不同的充电器刚接通时的D+，D-以及VBUS三路信号进行实际采集，如图2所示，抓到它们刚接通时的识别过程。

图2：使用DS4054验证充电器的智能识别过程

先看三星NOTE2手机与标配的5V/2A充电器接通时的D+和D-的通讯识别情况，如图3所示，黄色轨迹为D+, 蓝色轨迹为D-, 粉色轨迹为VBUS, 可以看出，刚接通时，VBUS由0V跳跃到5V，同时，数据线D+和D-上的信号经过了大概167 ms的跳变过程之后，电平都变为1V并保持稳定，这应该是三星所定义的对自己的充电器的识别通讯信号。

图3：三星5V/2A充电器D+，D-的通讯识别信号

再看看三星NOTE2手机与苹果的5V/1A充电器接通时的D+和D-的通讯识别情况，如图4所示，黄色轨迹为D+, 蓝色轨迹为D-, 粉色轨迹为VBUS, 可以看出，数据线D+和D-上的信号经过了大概168 ms的跳变，跳变的幅度最大只有大概0.5V，之后，电平都变为0V并保持稳定，与白色的三星标配充电器的参考波形相比，差别很大。

图4：苹果5V/1A充电器D+，D-的通讯识别信号

再看看三星NOTE2手机与品胜的5V/2A充电器接通时的D+和D-的通讯识别情况，如图5所示，黄色轨迹为D+, 蓝色轨迹为D-, 粉色轨迹为VBUS, 可以看出，数据线D+和D-上的信号经过了大概206 ms的跳变，跳变的幅度最大有大概2V，之后，电平都变为2V并保持稳定，与白色的三星标配充电器的参考波形相比，差别很大。

图5：苹果5V/1A充电器D+，D-的通讯识别信号

通过实际验证可以看出智能手机与不同厂家的充电器之间首先是要进行通讯识别的。那么：

1. 三星NPOTE2是否认那两个充电器呢？会认成什么呢？

2. 我在上一篇里即使用三星的标配充电器，为何测出的电流还很小？

3. 具有“快充功能”的智能手机，能接到普通的充电器用吗？

4. 不具有“快充功能”的智能手机，能接到快充的充电器用吗？ 

欢迎朋友们参与讨论！

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