¿Cuál es la forma ideal para manejar datos pines D + y D - en un adaptador de alimentación USB compatible con carga rápida de dispositivos?

Question

He encontrado que muchos de pared USB cargadores de utilizar un divisor de tensión resistivo para establecer el D+ y D - pins a un voltaje específico, por lo general entre 2 y 3 voltios. Otro de pared USB cargadores corto el D+ y D - pins juntos sin conexión a cualquier otra cosa. Desde mi experiencia, algunos dispositivos no acepta una carga por encima de la tasa de 500mA de los cargadores uso de los divisores de tensión, pero se le cobrará hasta su máxima de entrada en un cargador con las clavijas de datos en cortocircuito. He leído cosas que sugieren lo contrario puede ser cierto, pero han sido incapaces de verificar esto. Tengo la esperanza de averiguar el método que proporciona la mejor compatibilidad con todos los dispositivos USB.

Answer 1

¿Cuál es la forma ideal de manejar los pines de datos D+ y D- en un adaptador de corriente USB para que sea compatible con la carga rápida de los dispositivos? ... Espero averiguar qué método proporciona la mejor compatibilidad con todos los dispositivos USB.

A efectos prácticos, es imposible hacer un cargador verdaderamente universal utilizando cualquier combinación de inmutable cortocircuitos o resistencias en las líneas de datos del cargador USB o del dispositivo de destino porque te enfrentas a fabricantes que intentan impedirte hacer exactamente lo que tú intentas hacer. Por ejemplo, Apple implementa una serie de esquemas de control de carga que utilizan varias combinaciones de divisores de resistencia, dispuestos de manera que sólo una fuente de alimentación "a juego" y el equipo de destino funcionen juntos. Si bien se puede argumentar que estas disposiciones permiten un rendimiento óptimo de la carga, no es obvio que este sea el caso de las baterías de iones de litio / polímero de litio, y muchos otros fabricantes pueden conseguir, y consiguen, un grado más que adecuado de control de la carga sin utilizar estas técnicas. A continuación se ofrece un ejemplo de una de estas disposiciones de Apple.

Sin embargo, si sigues los pasos de otros que ya han investigado en este ámbito, puedes lograr un compromiso razonablemente bueno.

Muchos fabricantes no publican las especificaciones de sus arreglos personalizados y lo mejor que puede hacer es analizar sus productos usted mismo o aprender de aquellos que ya lo han hecho y que amablemente ponen a disposición sus conocimientos.

Una de estas fuentes es la documentación del cargador USB Lady ADA / ADA fruit Mintyboost.
¡¡¡Esto es más una saga que un tutorial!!! :-). Puedes empezar por el final y trabajar hacia atrás para encontrar cómo la última versión utiliza lo que saben para maximizar la compatibilidad o empezar por las primeras cuentas y seguir su camino de desarrollo. Ambos enfoques son válidos dependiendo de cuánto quieras saber.

Página de inicio de Mint Boost
Resumen
Recorrido por el proceso de diseño - de valor para los diseñadores

Aquí Los misterios de la carga de los dispositivos Apple te cuenta, bueno, los misterios de la carga de los dispositivos de Apple - y algún otro material útil por el camino.

Ugh / ¡Wow! - un arreglo de resistencias de Apple. Esto es de un cargador oficial del iPhone 3GS:

---

Aquí está su lista de compatibilidad de la versión 2 que vale la pena mirar si usted está tratando de una solución universal, ya que se enumeran una serie de ejemplos en los que el cargador estándar no funciona, pero donde un "hack de cable" permite que funcione totalmente o parcialmente.

Por ejemplo, lo anterior te lleva a casos especiales como el El "hack" de la serie D de Samsung aquí o el Modificaciones del RAZR V3 aquí

---

Aquí está una lista de resultados utilizando la versión 3 de Minty Boost con una serie de teléfonos móviles
Si emulas su interfaz deberías poder conseguir una compatibilidad similar.

____________________________________

Actualización - finales de 2016:

Controladores de puertos de carga dedicados al USB:

El usuario de SE, florisla, ha señalado la existencia de "nuevos" circuitos integrados destinados a proporcionar capacidades de puertos de carga USB dedicados. Señala como ejemplo el TI
"Controlador de puerto de carga dedicado USB TPS2513A-Q1, TPS2514A-Q1"

La mejor manera de resumir sus capacidades es echando un vistazo al resumen que aparece en su ficha técnica - véase más abajo:

Answer 2

Encontré esto página responde claramente a su pregunta. A continuación cito las partes pertinentes.

---

La BC1.2 describe tres tipos distintos de puertos USB y dos denominaciones clave. Un puerto "de carga" es el que suministra corrientes superiores a 500mA. Un puerto "de bajada" envía datos según el USB 2.0. La especificación BC1.2 también establece cómo debe aparecer cada puerto en el dispositivo final y el protocolo para identificar qué tipo de puerto está implementado. Los tres tipos de puerto USB BC1.2 son SDP, DCP y CDP (véase la figura 1):

1. Puerto estándar de bajada (SDP) Este puerto cuenta con resistencias pulldown de 15kΩ en las líneas D+ y D-. Los límites de corriente son los comentados anteriormente: 2,5mA cuando está suspendido, 100mA cuando está conectado y 500mA cuando está conectado y configurado para una mayor potencia.
2. Puerto de carga dedicado (DCP) Este puerto no soporta ninguna transferencia de datos, pero es capaz de suministrar corrientes de carga superiores a 1,5A. Presenta un cortocircuito entre las líneas D+ y D-. Este tipo de puerto permite utilizar cargadores de pared y de coche con capacidad de carga elevada sin necesidad de enumeración.
3. Puerto descendente (CDP) Este puerto permite tanto la carga de alta corriente como la transferencia de datos totalmente compatible con USB 2.0. Cuenta con las resistencias de pulldown de 15kΩ necesarias para la comunicación D+ y D-, y también tiene una circuitería interna que se activa durante la fase de detección del cargador. Esta circuitería interna permite al dispositivo portátil distinguir un CDP de otros tipos de puerto.

Incluso con la especificación BC1.2 disponible, algunos fabricantes de productos electrónicos desarrollan protocolos personalizados para sus cargadores específicos. Cuando conectas uno de sus dispositivos a un puerto de carga que cumple con la especificación BC1.2, es posible que recibas el mensaje de error "La carga no es compatible con este accesorio". A pesar de este mensaje, estos dispositivos pueden seguir cargándose, pero las corrientes de carga pueden ser extremadamente pequeñas. Afortunadamente, casi todos estos cargadores dedicados patentados se identifican por un nivel de CC fijado en las líneas D+ y D- mediante una resistencia-divisora entre 5V y tierra

---

Comentario añadido:
Se puede considerar que los niveles de la señal de datos son de 0,0-0,3 V para el nivel lógico bajo, y de 2,8-3,6 V para el nivel lógico alto. Sin una red divisora de tensión a dos pines de datos en cortocircuito, la tensión en ellos es libre de flotar. Aunque los cables de datos trenzados proporcionan cierto blindaje contra las señales electromagnéticas parásitas, pueden inducir potencialmente tensiones imprevisibles en la línea. Por otro lado, una red divisora de tensión sujeta la tensión a unos seguros 2,5v.

---

Para más detalles, consulte el Página He buscado o echado un vistazo a USB.org's PDF que describe la especificación USB Battery Charging BC 1.2

Answer 3

Actualización de 2017:

No hay una forma ideal de manejar los pines de datos USB para proporcionar compatibilidad y "carga rápida". Puede haber muchos cargadores diferentes, y hay muchos dispositivos/teléfonos/tabletas USB que necesitan cargarse. Históricamente había dos enfoques:

1. El aparato es un "dispositivo inteligente". Intenta detectar varias firmas del puerto al que está conectado, y selecciona el modo de carga adecuado para sí mismo. Evidentemente, el dispositivo lo hace de forma secuencial, y tarda en superar los tiempos de espera.

2. El puerto de carga es un puerto inteligente. Esta idea fue implementada en algunos chips de TI y concentradores SMSC/Microchip. La idea para el puerto de carga es/era afirmar diferentes firmas de puerto de carga (Apple 2/2.7V, Sony, secuenciación por BC1.1, BC1.2, o cargador dedicado/estándar chino, etc) uno a la vez. Una vez más, dado que no hay forma de tener una respuesta fiable de que la firma del cargador es la correcta para un dispositivo en particular (aparte de medir la corriente suministrada/consumida), la secuenciación lleva mucho tiempo, necesita reinicios de VBUS off-on, etc. Además, la batería de un dispositivo USB puede estar en diferentes estados de carga (muerta, débil, completamente cargada, etc.), la corriente consumida no puede ser un indicador fiable de nada, el tiempo de espera del sistema se vuelve indeterminado, por lo que el algoritmo de búsqueda/conmutación no puede dar nada bueno.

Los verdaderos problemas ocurren cuando tanto el puerto como el dispositivo intentan ser "inteligentes". Entonces todo se fastidia, y todas las apuestas se pierden.

Las especificaciones de carga de la batería USB 1.2 intentaron imponer una restricción: el puerto es pasivo, y el dispositivo inicia la firma secuencial y mide la respuesta del puerto, y sólo entonces el dispositivo pasa al modo de consumo total (si lo necesita). El límite era VBUS=5V.

El método QC (carga rápida) de QualComm fue un paso más allá y permite aumentar la tensión USB por defecto de 5V a 9, 12, 15 y 20V. Después de que el dispositivo afirme alguna secuencia de señalización de bajo nivel en D+/D-, entonces señala al cargador qué nivel de voltaje puede aceptar afirmando ciertas combinaciones de voltajes DC en los cables D+ y D-. Es un método muy sencillo.

Las nuevas especificaciones de USB Power Delivery proporcionan medios para que un puerto y un dispositivo sean realmente inteligentes. La especificación inicial exigía un protocolo en serie a través del VBUS (para ello, el VBUS debe estar libre de un fuerte desacoplamiento capacitivo). Esta especificación se ha abandonado en PD Rev3.0 con la llegada del conector Tipo-C, y la negociación entre las funciones de alimentación de los puertos y los dispositivos (productores y consumidores) se realiza a través de un cable CC dedicado (canal de comunicación).

Además de las negociaciones completas de PD, los cables Tipo-C deben tener marcadores electrónicos, pequeños ICs en uno de los sobremoldes, que deben aconsejar a los consumidores (sumideros) y a los productores (fuentes) sobre la cantidad de corriente que puede manejar un cable en particular. [Todos los cables USB3.1 C-C están obligados a tener los marcadores electrónicos integrados, pero todavía no he visto ninguno en el mercado abierto].

En el momento de escribir este artículo (enero de 2017), todos los departamentos de electrónica (incluyendo Walmart) podrían tener alrededor del 20% (1 de cada 5) cargadores con funcionalidad QC, y ninguno con funcionalidad PD. Tengo el presentimiento de que esta proporción no cambiará.

En resumen, la firma del puerto de carga más compatible parece ser de estilo chino, con D+/D- en cortocircuito y flotando respecto a GND y VBUS.