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手机充电协议之PD1.0协议

2025年9月25日

在PD协议出现之前,USB接口的供电能力非常有限,即使是BC1.2-DCP,也只能提供最大7.5W(5V/1.5A )的功率。那时USB接口绝大多数还是Type-A与Type-B,非Type-C,因而只有VBUS、D+、D-、GND线可供使用。

USB-IF想提升功率,但苦于没有通信线可用。某一天突发奇想:利用VBUS和GND,将PD协议的消息调制成24MHz的FSK信号,然后耦合到VBUS线,通过高频载波的形式进行信息传输,接收端收到波形时则对信号进行解调。

这便是PD1.0的核心精髓,和电力线载波通信有异曲同工之妙,属于艰苦条件下自力更生的奋斗。

但这样做属实是一种无奈之举,后续由于PD调制信号与VBUS以及USB D+/D-信号相互耦合,带来了各种信号完整性问题,效果并不好。

PD 1.0非常罕见,你在市场上几乎找不到标称支持PD 1.0的消费电子产品。

实现原理

将24MHz的FSK信号通过cAC-Coupling电容耦合到VBUS上的直流电平上,0和1通过频率变化来表示。
为了使FSK信号不对Power Supply或者USB Host产生影响,在回路中同时添加了zIsolation电感,隔离FSK信号的影响。

USB PD1.0的握手如下:

  1. USB OTG的PHY监控VBUS电压,如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTG ID脚是1K下拉电阻(不是OTG Host模式,OTG Host模式的ID电阻是小于1K的),就说明该电缆是支持USB PD的;
  2. USB OTG做正常BC1.2规范的充电器探测,并且启动USB PD设备策略管理器,策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号,并且解码消息得出是CapabilitiesSource 消息,就根据USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对;
  3. 手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对,并将电压和电流对加在Request消息的payload上,然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上;
  4. 充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机,同时调整Power Supply的直流电压和电流输出;
  5. 手机收到Accept消息,调整Charger IC的充电电压和电流;
  6. 手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流,从而实现快速充电的过程。

总结

PD1.0更像是一个概念验证和技术铺垫,是USB 大功率快充的奠基者。它定义了最高的功率输出为100W,通过使用不同的电压级别(5V,12V,20V)和电流(最高5A)来实现。

由于24MHz FSK方案的信号完整性问题,后续PD 2.0(2014年发布)及之后的所有版本,都将通信信道从VBUS FSK 转移到了CC线上。 CC 线是一个专用的、干净的、低速率的数据通道,有了它,无需在芯片中集成 FSK 调制解调器。而VBUS FSK需要复杂的调制解调电路,并容易受到噪声的干扰。

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最后更新:2026年1月7日


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夜枭

夜枭,暗夜里的精灵,雅典娜在凡间的使者,不瞩目于明亮的日光,在意的是万物的启迪。

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