USB Battery Charging 1.2 测试介绍

Granite River Labs, GRL
Jimmy Lin 林致均

–USB Type-C®产品进行USB-IF认证，需要测试 BC1.2吗？

目前USB-IF协会规定，只要有支持BC 1.2，就必须进行且通过BC1.2 测试。例如目前当红的USB-C充电器是使用USB Type-C母头，必须支持BC1.2，过认证時也必须通过BC1.2测试。

BC 1.2简介

Battery Charging 1.2，简称BC1.2，为USB-IF协会在2010年10月所发布的规范。基于当时USB 2.0的Vbus供电，Max能供给电流为500mA，对于携带式装置，如手机，充饱电需要很长的时间。BC1.2定义便携设备在连接到USB主机或集线器上，Max能汲取1500mA（相对于USB 2.0的3倍 ）电流来进行充电，也就是只要原先1/3的时间就可以完成充电。

BC 1.2主要是藉由USB的D+和D-进行BC1.2侦测，便携设备与USB主机或集线器两者需都支持BC1.2，完成并确定支持BC1.2侦测后，再由Vbus提供1500mA电流来进行充电。

充电能力比较

用支持BC1.2的手机为例，连接到标准USB3笔电（SDP*2），以及支持BC1.2的USB3笔电（CDP*3），充电能力有何差异？

手机在连接到标准USB3笔电（不支持BC1.2），Max所能汲取的电流为900mA。

• 手机在连接后，未配置（Unconfigured），未进入Suspend的状态，Max可汲取电流为100 mA。
• 手机在连接后，已配置（Configured），未进入Suspend的状态，Max可汲取电流为900 mA（900 mA for USB 3.2, 500mA for USB 2.0）。
• 手机在连接后，已配置（Configured），且进入Suspend状态，Max可汲取电流为2.5 mA。

而手机接上支持BC1.2的USB3笔电，就能在未配置的状况下，汲取Max电流1.5 A。

注1：但特别注意的是，若便携设备的电池处于Dead或Weak的状态，根据规范，在未配置的情况下，Max汲取电流为100 mA。（电池的Weak状态为Min限能启动装置的状态，而电池的Dead状态为不能启动装置的状态）

注2：SDP（Standard Downstream Port）为不支持BC1.2的标准埠

注3：CDP（Charging Downstream Port）为支持BC1.2的标准埠

常见的BC 1.2种类

一般的USB标准下接埠，Vbus可提供500mA（USB2.0）或900mA（USB 3.2），BC1.2充电埠则可以提供1.5A的充电。BC1.2充电埠又可分为支援USB Data的充电下接埠CDP，与专用充电埠DCP。

• CDP（Charging Downstream Port充电下接埠）：具有更强充电能力的USB Port。它具有USB数据传输，且能供给2便携设备Max电流为1.5 A。
• DCP（Dedicated Charging Port专用充电埠）：是没有USB数据传输功能的CDP，它可以提供给2便携设备4.75V~5.5V的电压及1.5A的充电电流。DCP会将其D+和D-间跨接电阻R。
• ACA（Accessory Charger Adaptor）：ACA具有一个 Charger Port 连接充电器，一个OTG Port连接便携设备，及一个Accessory Port连接其他装置。ACA使得便携设备在充电的同时，也能连接上其它的装置。
• ACA-Dock：ACA-Dock具有一个Upstream Port（为Micro-A plug），一个以上或没有Downstream Port。便携设备连接到ACA-Dock Upstream Port可以汲取Max 5 A的电流。ACA和ACA-Dock Max的区别在于ACA有支持OTG Port 能连接作为A-Device或 B-Device的便携设备。

SDP、CDP与DCP比较

表 1

判定支持BC 1.2充电5步骤：

我们用支持BC1.2的手机为例，手机要如何知道自己现在是接上一个SDP或是支持BC1.2的CDP或DCP呢？以下为简易的流程图：

图1

图2

1. VBUS Detect：

手机接上USB充电埠，当手机侦测到Vbus电压，大于内部的有效电压阀值，则表示手机接上一个有效的电路。

2. Data Contact Detect（DCD）：

手机侦测连接上充电埠是否有支持，手机在D+上输出电流（I_{DP_SRC}），然后检测在D-上电压值，来确认D+/D- 接脚是否成功连接。由于手机并没有被要求一定要支持DCD，因此产生另一种机制来做判定： 手机会等一段时间（T_{DCD_TIMEOUT}）后，进入步骤3侦测。DCD的好处是，在判断成功连接后，可立即进入步骤3侦测，省去等待的时间。

3. Primary Detection：

手机侦测连接上充电埠是否有支持BC1.2，也就是侦测接上的是SDP或是CDP/DCP。手机会在D+上提供一个电压（V_{DP_SRC}），然后比较D-上的V_DM与V_{DAT_REF}电压。

1. 若V_DM大于V_{DAT_REF}，则可能是连接上CDP或DCP，继续步骤4侦测。
2. 若V_DM小于V_{DAT_REF}，则是接上了SDP，结束判断。

4. Secondary Detection：

二次侦测要确定手机接上的BC1.2充电端口是否具备USB Data功能（DCP or CDP）。手机在D-上提供一个电压（VDM_SRC），然后比较D+上的电压VDP与VDAT_REF电压。

1. 若V_DP大于V_{DAT_REF}，则此时连接上的是DCP
2. 若V_DP小于V_{DAT_REF}，则此时连接上的是CDP

5. ACA Detection：

针对便携设备有Micro-AB插座，才进行ACA Detection。便携设备侦测是否接上ACA充电埠，并且判断接上ACA为何种Device类型，其主要透过侦测ID pin上五种不同的电阻来做判断。

接下来，将透过以下三个案例来了解BC 1.2手机如何判断接上SDP, CDP, 或DCP

案例（一）BC 1.2手机接上SDP标准下接埠（不支持BC1.2）

图 3

1. 手机 （Portable Device） 接上SDP，侦测到接上V_BUS （V_BUS > V_{OTG_SESS_VLD}）
2. DCD detect timeout
3. 手机在D+上提供一个电压V_{DP_SRC} （5V~0.7V），经由SDP上的R_{DP_DWN} （14.25~24.8kΩ） 到地，然后比较D-上的V_DM与V_{DAT_REF}电压。

• i). 此时V_DM =0 V，V_DM（0V）小于V_{DAT_REF}（25V~0.4V），则是接上了SDP，结束判断。

案例（二）BC 1.2手机接上CDP下接充电埠 CDP detection

Primary Detection, CDP                                                         Secondary Detection, CDP

图 4

1. 手机接上CDP，侦测到接上V_BUS （V_BUS> V_{OTG_SESS_VLD}）
2. DCD detect timeout
3. Primary Detect（上图左）： 手机在D+上提供一个电压V_{DP_SRC} （5V~0.7V），经由CDP上的R_{DP_DWN} （14.25~24.8kΩ） 到地
   • i). CDP侦测D+=V_{DP_SRC} （5V~0.7V），然后在启用CDP的V_{DM_SRC} （0.5V~0.7V）
   • ii). 手机侦测D-=V_{DM_SRC} （5V~0.7V），大于V_{DAT_REF}（0.25V~0.4V），则是接上CDP或DCP
4. Secondary Detect（上图右）： 手机在D-上提供一个电压V_{DM_SRC} （5V~0.7V）
   • i). 此时D+ ≈0 V，手机DCP_DET侦测D+小于V_{DAT_REF}（25V~0.4V），则此时连接上的是CDP
   • ii). 然后手机关闭V_{DP_SRC}与V_{DM_SRC}，让D+和D-都保持低电位

案例（三）BC 1.2手机接上DCP专用充电埠 DCP detection

Primary Detection, DCP                                                    Secondary Detection, DCP

图 5

1. 手机接上DCP，侦测到接上V_BUS （V_BUS> V_{OTG_SESS_VLD}）
2. DCD detect timeout
3. Primary Detect （上图左）： 手机在D+上提供一个电压V_{DP_SRC} （5V~0.7V），经由DCP上的R_{DCP_DAT} （<200Ω） 到D-
   1. 手机侦测D- ≈ V_{DP_SRC} （0.5V~0.7V）电压，大于V_{DAT_REF} （0.25V~0.4V），则是接上了CDP或DCP （R_{DCP_DAT} Max压降为 200Ω x 175μA= 0.035V）
4. Secondary Detect （上图右）： 手机在D-上提供一个电压V_{DM_SRC} （5V~0.7V），经由DCP上的R_{DCP_DAT} （<200Ω） 到D-，开启I_{DP_SINK} （25μA ~175μA）
   1. 手机侦测D+ ≈ V_{DM_SRC} （0.5V~0.7V）电压，大于V_{DAT_REF}（0.25V~0.4V），则此时连接上的是DCP （R_{DCP_DAT} Max压降为 200Ω x 175μA= 0.035V）
   2. 然后手机开启V_{DP_SRC}。

BC 1.2 测试内容

BC1.2测试是主要是确认BC1.2沟通正确，以及Vbus供电的质量，测试项目如下：

CDP的认证测项：

表2：CDP的测项

DCP的认证测项：

表3：DCP的测项

结论

在现今讲求效率的时代，USB Type-C Power Delivery可以支持高达240W的充电，但也相对考虑到向下兼容性问题，尤其是针对携带式装置。BC1.2所定义的充电埠使得便携设备能汲取更多的电流，意味着能进行更快速的充电。BC1.2也为其后的快充技术奠定了基础。当今具有充电功能的产品也多被要求支持BC1.2，了解BC1.2的基本运作原理和测试项目，能减少设计上遇到的问题，并且顺利通过测试。

参考文献

• Battery Charging Specification, Revision 1.2, March 15, 2012
• USB Battery Charging 1.2 Compliance Plan, Revision 1.2, September 30, 2013

作者

GRL中国台湾测试工程师 林致均Jimmy Lin

现任GRL Thunderbolt 3/4及USB4认证测试工程师，具四年的高频测试经验，熟悉Thunderbolt、USB的测试规范及其原理，协助客户解决测试问题并且取得认证。

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发布日期 2021/06/24 AN-210624-TW