探究 AtoC 线材如何实现PD快充
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Sep 25, 2023
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A2C-PD
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在 iPhone 15 换用 C 口后，发现部分 AtoC 线材(例如华为、荣耀等手机附送的充电线)无法给其充电，本文探究了一下 PD 快充的原理以及以小米为代表的手机厂商是如何在 AtoC 线材上实现 PD 快充的
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情景：Type-A 作为输入(Power Source)端，连接手机端的 Type-C 接口作为负载(Power Sink)端。
Type-C 接口规定：
如果是 C to C 线材，线材本身是不需要在 CC 脚位加上拉或下拉电阻的。
A to C 线材由于线材 A 端无 cc 对应脚位，需要在线材 C 端加一个上拉电阻。
(注意：下面说的两个电阻是在电源适配器内和手机里的C口母口中安装，而不是线材中)
- 负载端(Consumer)在 CC 脚位上应有一个下拉 Rd 电阻，阻值为 5.1K；
(有些产品没有这个下拉电阻，导致无法使用 CtoC 线充电；使用 AtoC 线可以充电，应该就是VBUS 与 GND 直接充电，不涉及CC针脚的通信)
- 电源端(Provider)供电能力(VBUS脚位电流、电压)取决于 CC 脚位上的上拉 Rp 电阻。
图一：CC 脚位模型
图二：USB Type-C 母口和公口脚位示意图
Type-A 与Type-C 如何相连？
根据 AtoC 线材接线图(图三)可知，A 端无 CC 脚位对应触点。
根据规范，Type-C 端插头的 A5(CC)脚位与 VBUS 脚位应通过一个 56 kΩ 的上拉电阻 Rp 连接到一起。
PS: 在 CtoC 线中，只有 CC 线路上有了 Rp 和 Rd 这两个电阻，电源端 VBUS 脚位才会有电压；部分使用 C 口充电的产品 C 口母座并未使用下拉电阻 Rd，导致 CC 无法正常工作，VBUS 无电压，设备无法充电
AtoC 线材中，VBUS 一直都是有电的，所以一些 CtoC线无法充电的设备能用 AtoC 线充。
图三：USB TYPE-C 和 USB3.1 TYPE-A 线缆接线图
图四：USB Type-A 3.0 脚位示意图(左侧为公口，右侧为母口)
PS: USB 2.0 只有公口前方(或母口里面)四个脚位
PD 快充协议实现机制简单介绍
PD 快充通训(或者叫 PD协议握手)在 Type-C 接口中是通过 CC 脚位实现。
该通讯过程可以大致分为如下：
- 充电端接受请求并将总线电压修改成相应的参数。在总线电压变化期间，设备端的电流消耗会保持尽可能地小。充电端提升总线电压的过程是按照定义好的电压提升速度来进行的。
- 总线电压达到最后的数值以后，充电端会等待总线电压稳定下来，再发送出一个电源准备好信号。到了这时候，设别端就可以增加其电流消耗了。
- 当设备端希望总线电压降低的时候，同样的通讯过程也会发生。在总线电压下降期间，充电端会激活一个分流电路，通过主动的总线放电使总线电压快速降低。达到额定值以后，充电端会等待一段稍长的时间让总线电压稳定下来，然后再送出一个电源准备好信号。
PPS 协议简单介绍
PD 快充对电压的限制相当严格，只有 5V、9V、15V 和 20V 几个固定的选项，且电压偏离不能超过 +/- 5%。
只能在指定电压档调整电流来实现快充，而给手机充电过程中，手机电池的电压是不断变化的，PD 这种过于”粗放”的功率控制导致充电效率的降低。
PPS(Programmable Power Supply，可编程电源)，PD 3.0 打了个补丁把 PPS 收于麾下。
PPS 标准的优势在于能够让充电器「听懂」手机的充电需求从而动态调整电压，最长每 10 秒必须发送一次电压电流需求的指令(否则电源认为已经断线)，能够以电压 20mV/step、电流 50mA/step 来进行精细调节。
AtoC 实现 PD 快充
观察小米 67 W 充电器(母口)和附赠线缆 A 口(公口)，发现除了 USB 2.0 的 4 根引脚，USB 3.0 部分的 7 号脚位也被使用了。小米使用这个脚位作为 CC 脚位，进而实现 PD 协议的通讯。
而观察荣耀 66W 充电器(母口)和附赠线缆 A 口(公口)，发现仅有 USB 2.0 的 4 根引脚，没有对应 CC 引脚，所以无法通过 CC 脚位实现 PD 协议通信，自然无法触发 PD 快充。
那么荣耀是如何实现自己的快充协议呢？采用 DD 线通信(即用来传数据的 D+ 与 D- 针脚被塞入了快充协议通信的功能)
观察线缆 C 口(公口)，发现两者使用的脚位一致，均为 12 针脚：
- A12、A9、A7、A6、A5、A4、A1
- B1、B4、B5、B9、B12
即GND、VBUS、D+、D-、CC、Vconn
将华为 5A/6A AtoC 线材拆解后能发现 C 口(公口)有两个 56(或55) kΩ 的上拉电阻(即公口的 A5、B5 脚位各有一个上拉电阻)，这显然违反了 Type-C 的规范。经过阿甘体验的测试，是无法正常给 iPhone 15 充电的。
但华为 5A CtoC 线材是遵守了 PD 协议的，可以参考充电头网的拆解视频
不算总结的总结
小米的私有快充协议是魔改 PPS 协议，对 PD 的兼容性是几大手机厂商中最好的。
如果要给 iPhone 15 选购充电器，只买一个 ZMI 等知名三方品牌的 20W 或 30W 充电器(推荐氮化镓)，并搭配随 iPhone 附赠的官方充电线使用即可。
如果你手头已经有 C 口充电线：
- 如果是 CtoC 的线材，一般都能正常使用(线材本身是不需要在 CC 脚位加上拉或下拉电阻的)；
- 如果是 AtoC 的线材(由于线材 A 端无 cc 对应脚位，需要在 C 端加一个上拉电阻)，小米的基本都能激活满速快充(经阿甘体验测试，有一条 3A AtoC 线无法正常充电)，华为、荣耀、OPPO、vivo 等品牌的大概率不行，完全无法充电或充电功率只有个位数。
根据 阿甘体验的这期视频，小米、OPPO、vivo 的充电线 A 口都是 5 触点，且小米在 C 口有定制加密芯片
vivo 在 A 口有定制加密芯片，OPPO 在 A 口也有定制加密芯片
华为只需要线材在 C 口端加 2 个 57 kΩ 的上拉电阻
