原创 智能手机对快充的识别

目前手机电池普遍采用的是聚合物锂电池，能量密度相对其他材料要高。手机的轻薄设计与续航时间一直存在着矛盾。在空间很有限的情况下，想大幅提高电池的容量目前似乎还没有更好的办法。既然电池的革命不能轻易指望，如何解决续航的瓶颈？于是不少厂家就想到了另一种办法： “快充”—— 既然充完一次干活儿不够持久，如果短时间内能让电池再次复活也算是个新办法。于是就开始涌现出一些新的“快速充电”技术。

如何实现快速充电？理论上讲，为了提高充电速度，就要提高电池的充电功率。传统的手机充电器都是5V的，充电电流最大也就是2A左右，最大输出功率大概10W左右。要想实现快速充电，就要提高充电的功率，P=I *U，也就是提高V和I。充电器本质上是开关电源，很容易把输出功率做大，比如做一个输出功率是20W的充电器，既可以根据需要做成高电压低电流的10V,2A，也可以做成低电压高电流的5V,4A。

因为提高充电电压的做法可以在继续使用现有的 USB 连线和连接器的情况下提供较高的充电功率，所以采用这种方法的厂家比较多，比如，高通的Quick Charge 技术可以支持5V,9V,12V甚至是20V的充电电压；MTK的Pump Express Plus可以支持的最大电压是12V；Apple也有了它的可以支持最大到 20V的快充技术。以上这几家都是做手机芯片的，快充的实现都会和各自的芯片以及软件系统结合起来。

TI，Maxim等公司也介入了这个领域，推出了它们的可以独立使用的MaxCharge技术，它通过识别充电器的类型，可以支持9V、12V充电电压，也兼容标准的5V充电电压。在上一篇文章里，我画的电源管理芯片的内部框图中就包含了有针对不同类型的充电器的识别电路，还有针对高电压快充的内部DC/DC转换电路。

三星的NOTE4就支持快充，它标配有支持5V/2A或9V/1.67A的三星Adaptive Fast Charging充电器。NOTE4是如何对它进行通讯识别的？接下来就微测一下！

为了测试把三星Adaptive Fast Charging充电器接到三星手机NOTE4时的识别并开始充电的过程，首先需要确认在三星手机NOTE4的菜单里，将“快速充电”模式选中。找来一台RIGOL的MSO1104Z数字示波器，把MSO1104Z的通道1接到充电器的USB充电端口的D+,通道2接到D-,通道3接到VBUS。 

将充电线接入手机充电接口，MSO1104Z被触发，捕获到此刻充电器刚接到手机后的D+,D-,VBUS的波形，如图1所示。  

图1：充电器刚接到手机后的D+,D-,VBUS的波形

经过一个比较复杂的过程之后，充电电压VBUS从5V升到9V,对手机进行充电。我们把这个过程分段展开看看，刚接通的一段时间，D+和D-上的电平经过了几次阶跃似的变化，这个过程通过标尺测得大概是182ms, 之后，D+和D-上的电平趋于稳定，变为720mV并一直持续下去（这是采用高阻的示波器探头，示波器的输入阻抗也为高阻时测得的值），如图2所示。

图2：充电器刚接到手机后的D+,D-的波形

接着看下一段，D+和D-上的电平变为720mV并一直持续了大概1.1秒之后，D+电平维持不变，而D-上的电平变成了一串脉冲串形状的信号，持续了432ms，幅度大约有1.9V, 之后，D-的电平变成0V。在此期间，VBUS的电压由5V变为9V，如图3，图4所示。

图3：D+和D-上的电平持续了大概1.1秒

图4： D-上的脉冲形状的识别通讯信号

一共有8组脉冲串，其中前两组之间的间隔比较近，而后面的间隔相等。每个脉冲串内的脉冲宽度宽窄不一，在第三个脉冲串期间，VBUS的电压由5V变为9V。

通过以上测试可以清楚地看到三星所定义的对其快充充电器的整个通讯识别过程，比起在上一篇里我测到的手机对5V普通充电器的识别要复杂多了吧。

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