L'USB (Universal Serial Bus) est l'interface informatique la plus largement utilisée dans le monde. Il a commencé comme un bus d'extension pour les PC, mais a proliféré rapidement en raison de sa flexibilité, de ses performances et de sa possibilité de connexion à chaud. La plupart des appareils électroniques portables qui doivent être connectés à un PC utilisent l'USB pour transférer des fichiers ; Il s'agit notamment des lecteurs MP3, appareils photo numériques, téléphones portables et tablettes.
Comme un port USB descendant standard peut fournir un courant d'au moins 500 mA (USB 2.0) ou 900 mA (USB 3.0), il convient également pour charger ces appareils. Mais si cette limite de courant était augmentée, la charge pourrait se faire plus efficacement. Ceci peut être réalisé en utilisant le contrôleur de concentrateur USB2534 de Microchip avec RapidCharge.
Si le courant requis dépasse les limites, l'appareil chargé et le port de charge doivent suivre un protocole pour permettre la charge de la batterie.
Le port de charge de la batterie actuelle est chargé de fournir à l'appareil à charger la signalisation de liaison appropriée pour indiquer qu'il est connecté à un port de charge et qu'il peut tirer des courants dépassant les limites de la norme USB. La signalisation appropriée varie en fonction de l'appareil portable. Certains appareils portables suivent les protocoles USB-IF BC1.2, mais il existe une base d'appareils installés qui utilisent des protocoles de liaison propriétaires ou traditionnels (hérités) pour le chargement de la batterie.
Les appareils hérités prennent en charge une certaine forme de détection de charge de batterie pour un chargeur dédié. Certains de ces chargeurs court-circuitent D+ et D- directement ou les connectent via une résistance en série. Pour la détection du chargeur, certains appareils traditionnels augmentent la tension sur D+, puis détectent une tension sur D-. Si une tension positive est détectée, l'appareil peut déduire qu'il est connecté à un chargeur dédié et non à un port USB standard. D'autres appareils abaissent la tension sur la ligne de données tout en augmentant l'autre. Lorsque l'appareil détecte un chargeur par la présence d'une tension sur D-, il peut commencer à charger à partir de la connexion Vbus à des niveaux de courant supérieurs à ce qui est spécifié par USB.
D'autres appareils traditionnels s'appuient sur le chargeur pour fournir des tensions fixes (plus de 1 V) aux lignes de données D+ et D- ; ils sont appelés chargeurs SE1. Si l'appareil à charger détecte ces tensions, l'appareil suppose qu'il est connecté à un chargeur dédié et commence à charger. Un port USB standard ne fournirait pas ces tensions fixes aux lignes D+ et D-.
détection de chargeur
L'appareil portable est responsable de la détection du chargeur et la figure 1 montre le matériel nécessaire.
La figure 1 montre cinq blocs fonctionnels : détection Vbus, détection de contact de données, détection primaire, détection secondaire et détection ACA. Un dispositif portable incorpore un comparateur de session valide. Vbus doit être au-dessus de la tension de seuil avant de démarrer la détection du chargeur. Ceci est indiqué par VOTG_SESS_VLD dans le diagramme. La détection de contact de données est un bloc facultatif utilisé pour confirmer que les lignes de données sont en contact pendant la connexion. Une source de courant en D+ et une résistance pull-down en D- sont activées. Si la ligne D+ passe à l'état bas, cela indique que les lignes de données sont connectées à un port de chargement ou à un port standard et la logique démarre la détection primaire. Un circuit de temporisation est nécessaire pour s'assurer que la détection principale est initiée après un temps défini après la mise sous tension en cas d'absence de détection de contact ou d'absence de bloc de détection de contact de données. Un appareil portable est nécessaire pour effectuer la détection principale, qui est utilisée pour faire la distinction entre un port en aval standard (USB) et un port de charge. La Fig. 2 montre ce qui se passe lorsque l'appareil est connecté à un port de charge dédié (DCP), la Fig. 3 lorsqu'il est connecté à un port de charge en aval (CDP) et la Fig. 4 lorsqu'il est connecté à un port standard en aval (SDP). .
La détection secondaire est utilisée pour faire la distinction entre un DCP et un CDP. Si un appareil portable est prêt pour l'identification dans un délai défini après la détection Vbus, il peut contourner la détection secondaire et doit sinon la mettre en œuvre. Seuls les appareils portables dotés d'un connecteur USB Micro-AB offrent la détection ACA, elle est donc facultative. La détection est effectuée en mesurant la résistance de la broche ID.
Charge de la batterie
Le contrôleur de concentrateur USB2534 de Microchip intègre la technologie RapidCharge pour fournir la signalisation de liaison appropriée aux appareils portables sur les ports en aval afin de permettre le chargement de la batterie. Il dispose également d'une capacité de détection de chargeur de batterie en amont pour USB. Pour charger la plupart des appareils portables, il est nécessaire de fournir des signaux de liaison appropriés pour les chargeurs traditionnels, les chargeurs SE1, les chargeurs conformes à la spécification de chargeur de batterie de l'industrie chinoise des télécommunications YD/T 1591-2009 et les appareils conformes à BC1.2. Le contrôleur de concentrateur comprend tous ces protocoles pour effectuer une charge complète de la batterie adaptée aux appareils Apple, Samsung et autres.
Si un port USB en aval est configuré pour le chargement de la batterie, le port est un CDP s'il peut identifier le périphérique, ou un DCP s'il ne le peut pas. Si le port n'est pas configuré pour le chargement de la batterie, il s'agit d'un SDP.
Les ports pull-down peuvent être activés pour le chargement de la batterie en ajoutant une résistance pull-up (10kΩ) à la bande de configuration de charge de la batterie pour le port correspondant. Ces bandes sont échantillonnées à la réinitialisation et si l'échantillonnage est élevé, le port correspondant est activé pour charger la batterie. Le chargement de la batterie peut également être activé pour utiliser les registres de configuration de chargement de batterie intégrés de l'USB2534. Ces registres de configuration sont utilisés par le micrologiciel de la ROM interne pour configurer la fonctionnalité de charge de la batterie pour chaque port. Ces registres peuvent être modifiés par une configuration programmée dans la mémoire programmable une fois (OTP) à l'aide de l'outil de programmation ProTouch.
L'outil ProTouch est un outil développé par Microchip pour la configuration et la programmation du contrôleur de concentrateur USB2534. Il peut être utilisé pour le développement et le prototypage lors de la programmation d'un ou plusieurs appareils dans un environnement de fabrication.
Lorsqu'il n'y a pas de Vbus en amont et donc pas d'hôte USB connecté au port en amont, les ports en aval qui permettent le chargement de la batterie fonctionneront comme des ports DCP. Les ports activés pour le chargement de la batterie afficheront ce mode si le port en amont est connecté à l'hôte.
Il entrera également en mode DCP si l'USB2534 est suspendu et que le réveil à distance est désactivé. Pour le chargement de la batterie en mode DCP, le port tentera de contacter et d'identifier l'appareil compatible BC. En mode DCP, l'appareil démarre toujours en mode SE1. Il ne peut pas détecter la connexion d'un appareil SE1 mais il peut détecter la connexion d'un appareil non SE1 lorsque l'appareil bascule entre DM et DP.
Une fois qu'il entre en mode RapidCharge, l'USN2534 passe en mode de charge SE1 et le port affiche les niveaux de tension SE1. Si un appareil SE1 est connecté, il détectera passivement les niveaux S1 et commencera à charger. Le DCP ne pourra pas détecter la présence du dispositif SE1. Le port reste en mode de charge SE1 pendant que le PD SE1 est en charge.
Si un appareil BC 1.2 est connecté, son courant est suffisamment élevé pour tirer la ligne D vers le bas. De même, il a été observé que les dispositifs de charge traditionnels tirent la ligne D vers le bas lorsqu'ils sont connectés. Pour supposer cela, le port en aval passe en mode de charge traditionnel si un état de niveau bas de la ligne D classique est détecté. L'état de la ligne D est anti-rebond pour éviter les fausses détections des appareils connectés. La figure 5 montre le mode de charge traditionnel.
Les ports activés pour le chargement de la batterie quitteront le mode DCP et entreront en mode CDP si le port en amont obtient une connexion à l'hôte. Lors de la détection de la commande host set address, tout port compatible BC s'arrêtera pendant au moins 250 ms avant de pouvoir se mettre en ligne pour permettre au port d'alimentation de s'éteindre. Si l'hôte envoie une commande pour activer le port d'alimentation, la commande sera retardée de manière appropriée. Si la commande est reçue après la fin du chronométrage, elle peut être exécutée immédiatement. Un microcontrôleur externe peut annuler la séquence de détection de charge automatique en modifiant les registres de charge de la batterie du runtime SMBus. Étant donné que le démarrage de détection de charge de batterie est défini pour se produire par défaut, le microcontrôleur devra écrire dans le registre de contrôle de charge de batterie ou le registre de verrouillage de configuration pour désactiver l'autoséquence avant de démarrer la séquence. Si le séquencement automatique est désactivé, le microcontrôleur peut toujours démarrer manuellement.
Conclusion
La charge de batterie USB offre un mécanisme pratique pour recharger les batteries des appareils portables tels que les téléphones portables et les tablettes. L'USB-IF a publié la spécification de charge de batterie BC1.2 pour aider à normaliser les protocoles utilisés entre les chargeurs et les dispositifs de charge afin de permettre une charge de batterie en toute sécurité. Le contrôleur de concentrateur USB2534 de Microchip avec RapidCharge offre des protocoles de charge de batterie tels que traditionnel, SE1, industrie des télécommunications chinoises YD/T 1591-2009 et USB-IF BC1.2 pour une charge de batterie appropriée pour les appareils Apple, Samsung et de nombreux autres appareils.
Le pilote de concentrateur fournit également une détection de charge de batterie pour les appareils portables qui nécessitent une capacité de détection de chargeur USB.
