USB电池充电规范1.2版概述及充电检测器的重要角色

1 USB技术规范演化

除了咖啡，还有什么能够帮助行业缩短上市时间、降低成本，将更多的设计时间专注于创新 答案是标准化。通过定义协议和工作指标，标准化影响到技术的各个方面：器件封装尺寸、引脚排列、数据和通信接口、软件驱动、连接器、ESD防护等级、环境保护、测试夹具等不胜枚举。技术规范越详尽，就越有利于开发人员确定具体市场的产品。如果对严格定义标准的价值有怀疑，可以尝试走进两家服装店，购买相同尺寸的衬衫便可体会严格规范标准的重要性。

好的标准随着技术的发展而发展。标准需要反映行业的日益复杂，并继续支持业已确立的规范。USB口是通用标准的一个极好例子。USB规范的初衷是标准化主机的连接器，随后演化为允许“On the Go”(USB OTG)电气设备作为主机或外设。随着USB电池充电规范的推出，该规范又进一步覆盖蓬勃发展的蜂窝电话及其它带有USB口的便携式设备。USB标准目前正在经历另一场变革，推出USB3.1新规范以及创新的对称C型连接器。由于USB端口具备“不甘落后”的能力，现在有可充电设备的地方就有USB口——无处不在。

2 BC1.2规范中的充电器检测和端口

讨论充电器检测协议之前，了解可用USB端口之间的差异非常重要。下行端口支持USB 2.0通信，充电端口可提供500mA以上的电流。BC1.2规定了三种不同类型的端口：标准下行端口(SDP)、专用充电端口(DCP)和充电下行端口(CDP)。

可将SDP作为传统USB端口。除USB通信外，该端口为连接的外设提供100mA电流;可协商达到最高500mA电流。但大多数端口通常不执行该电流限值，不保证较高的电流。DCP不支持USB通信，但无需任何协商即可提供超过500mA的充电电流。CDP支持USB通信和大电流充电;该端口具有内部电路，在充电器检测阶段打开。除规范规定的USB口类型外，有些电子设备制造商采用专用的充电器识别方法。这些不同的方法形成了不容忽视的充电器检测技术。

3 充电器检测过程

BC1.2规范中规定的充电器检测阶段分为5个基本步骤：

1. V_BUS检测。为确保针对连接至USB端口的任何设备进行正确排序，特意使连接器的V_BUS和GND引脚比D+和D-引脚长。这样可确保这些引脚首先保持接触(见图1)。所以，发生任何检测之前，设备必须首先检测到V_BUS。

2. 数据触点检测(DCD)。V_BUS电压有效后，便携式设备必须确保数据引脚保持接触，然后再进行检测。如果终端设备在数据引脚接触之前过早做出决策，就可能错误地判断充电器类型。

为执行DCD，外设必须在D+上使能7µA至13μA电流源(以+3.3V为基准)并监测其电压。选择该电流范围是为了保证规范允许的所有电压和电阻容限的正确逻辑电平。如果D+开路，电压将为逻辑高电平;如果闭合，D+将为逻辑低电平，与端口类型无关。如果在1秒超时周期之后未检测到数据引脚触点，终端设备则认为连接的是SDP。

3. 主充电器检测。该步骤中，终端设备区分具有充电标签的500mA以上端口(CDP和DCP)与500mA以下端口(SDP)。关闭DCD阶段的电流源后，终端设备必须在D+上使能0.5V至0.7V电压源，在D-上使能25μA至175μA流入电流源。如果连接的是DCP或CDP，在D-上将出现0.5V至0.7V电平;如果连接的是SDP，D-电压将下降至零。终端设备切入一个比较器，将D-电压与0.25V至0.4V进行比较。如果D-电压高于0.4V但低于逻辑低电平门限0.8V，终端设备则认为有充电端口出现。

4. 二次充电器检测。关闭上一步骤的电压源和电流源后，终端设备需要辨别CDP和DCP。为达到这一目的，按照反序执行上述测试。在D-作用0.5V至0.7V电压源，在D+作用50μA电流源。如果连接的是DCP，D+将出现0.5V至0.7V电平;如果连接的是CDP，D+电压为零。

5. CDP充电电流限值。由于CDP支持数据和大电流充电，所以必须进行最终的识别。由于USB电缆的电流较大，主机地和设备地只能承受375mV的地电位偏差。

尽管不同厂商的BC1.2非兼容充电产品不尽相同，其中许多专用充电器通过V_BUS和地之间的电阻分压器设置电压，将自己作为终端设备。根据充电器检测电路要求的覆盖电平不同，可增加检测电路，以便检测D+和D-电压，进而识别不同厂商的充电器。

4 充电器检测技术

USB充电器检测IC为单芯片，具有与BC1.2充电器检测规范相关的众多功能和复杂性。USB充电器检测IC诚然可实现一定的检测方法，但元件数量、电路板空间以及使分立系统成功工作所需的时间将大大提高。

增加专用的充电检测芯片要求一定的电路板附加空间，所以制造商往往在同一封装集成其它必要或适当的功能。因此，充电器检测IC高度集成了各种附加功能，例如用于USB或UART/音频操作的开关、串口控制、过压保护(OVP)、USB OTG支持、Li+电池充电能力，甚至支持USB枚举功能。

MAX14576/MAX14636/MAX14637家族器件能够满足那些希望在现有设计中增加充电器监测的设计要求，需要很少的外部元件和电路板空间。这类充电检测器直接由USB V_BUS供电，无需安装附加电源。器件内置SPST开关，在执行充电检测时开路，使能USB通信时闭合。每个器件具有一个开漏I/O，表示是否允许充电以及数据开关的状态。有些充电检测器除了检测BC1.2兼容端口外，内置Apple®充电器检测功能。图3所示为处理检测协议的检测电路示例，占用极少的主处理器资源，无需对现有设计进行较大修改。

过去几年，智能手机席卷全球。这种时髦技术的主要驱动力之一是外形。随着功能不断增加，同时总体尺寸持续缩小，必须采用严谨的规划和集成方案，以实现目标。例如，移动手机利用单个连接器进行充电、连接PC、连接外部附件或播放音频。为了以紧凑方式实现这些任务，系统设计者可选择MAX14656充电检测IC(图4)。

这种多功能充电器检测电路可自动识别BC1.2兼容端口，支持绝大多数Apple专用充电器(例如500mA、1A、2.1A)。器件也集成DPDT开关，允许高速USB收发器、音频输出甚至内部UART共用D+和D-线。利用I2C接口，嵌入式处理器读取是否有充电器连接，以及将内部开关配置为相应模式。如果您考虑在VBUS引脚内置OVP、在数据线上内置ESD保护，以及1.65mm x 1.65mm占位面积，该单芯片充电检测器可为空间受限设计的单个连接器增加多个功能。

5 为便携设备带来的好处

由于基本的充电器检测器功能能够与其它各种功能相结合，为便携式电子设备制造商提供高度集成电路，所以充电器检测器技术的用途很广。有些方案在单片封装内集成充电器检测和Li+电池充电控制，有些则集成充电器检测和USB枚举功能。现在最新的充电器检测器按照BC1.2规范自动监测电池充电次数，而不是要求处理器根据规范定义的时间周期手动调节总电流。

当您将充电检测和电池充电功能组合在一起时，就具备了智能电池开关控制功能。当充电器插入时，该技术自动从电池电源切换至充电电源。所以，有些充电器检测芯片既可对电池充电，又可提供满载电流。有此功能的器件还支持热调节(调整充电电流)，防止同时对电池充电和为负载供电时导致温度过高。通过集成充电检测器和电池充电功能，系统设计者可更多地专注于最终应用，无须担心充电相关事项。

同时，USB BC1.2规范通过提供制造商依赖的标准，持续推动电子行业的发展。现在可用的大量BC1.2兼容充电器只能在数量上成倍增长，该因素使得为便携设备增加USB连接器成为一项吸引人的选项。通过使用充电器检测IC，便携设备上的USB连接器成为一种多功能组件。内置BC1.2兼容能力可保持方案整洁、简单易用。无论是设计紧凑还是便携式产品，充电器检测IC附加的丰富功能使其成为极具吸引力的集成电路。