Qual é a maneira ideal de lidar com os pinos de dados D + e D- em um adaptador de energia USB para ser compatível com o carregamento rápido em dispositivos?

Descobri que muitos carregadores de parede USB usam um divisor de tensão resistivo para ajustar os pinos D + e D- a uma voltagem específica, geralmente entre 2 e 3 volts. Outros carregadores de parede USB encurtam os pinos D + e D-, sem conexão com mais nada. Pela minha experiência, alguns dispositivos não aceitam uma taxa de carga acima de 500mA nos carregadores que usam divisores de tensão, mas cobram até a entrada máxima em um carregador com os pinos de dados em curto. Eu li coisas que sugerem que o oposto também pode ser verdade, mas não consegui verificar isso. Espero descobrir qual método oferece a melhor compatibilidade com todos os dispositivos USB.

Qual é a maneira ideal de lidar com os pinos de dados D + e D- em um adaptador de energia USB para ser compatível com o carregamento rápido em dispositivos? ... Espero descobrir qual método fornece a melhor compatibilidade com todos os dispositivos USB.

Para fins práticos, é impossível fabricar um carregador verdadeiramente universal usando qualquer combinação de curtos ou resistores imutáveis no carregador USB ou nas linhas de dados do dispositivo alvo, porquevocê está competindo com os fabricantes que estão tentando impedi-lo de fazer exatamente o que você está tentando fazer. Por exemplo, a Apple implementa vários esquemas de controle de carregamento usando várias combinações de divisores de resistores, organizados de forma que apenas uma fonte de alimentação "correspondente" e o equipamento de destino funcionem juntos. Embora possam ser apresentados argumentos de que tais disposições permitem o desempenho ideal de carregamento, não é óbvio como isso pode ser o caso de baterias de íon de lítio / polímero de lítio e um grau mais do que adequado de controle de carregamento pode ser e é alcançado por muitos outros fabricantes sem usar essas técnicas. Um exemplo de um desses arranjos da Apple é fornecido abaixo.

No entanto, seguindo os passos de outras pessoas que já investigaram essa área, você pode conseguir um compromisso razoavelmente bom.

Muitos fabricantes não publicam especificações de seus arranjos personalizados e o melhor que você pode fazer é analisar seus produtos ou aprender com aqueles que já fizeram isso e que gentilmente disponibilizam seus conhecimentos.

Uma dessas fontes é a documentação para o carregador USB Lady ADA / ADA de frutas Mintyboost.
Isso é mais uma saga do que um tutorial !!! :-). Você pode começar no final e voltar ao trabalho para descobrir como a versão mais recente usa o que eles sabem para maximizar a compatibilidade do início nas contas iniciais e seguir seu caminho de desenvolvimento. Ambas as abordagens são válidas dependendo de quanto você deseja saber.

Página inicial do Mint Boost
Visão geral
Acompanhe o processo de design - de valor para os designers

Aqui Os mistérios do carregamento de dispositivos da Apple falam sobre, bem, os mistérios do carregamento de dispositivos da Apple - e algum outro material útil ao longo do caminho.

Ugh / Uau! - um arranjo de resistores da Apple. Isto é de um carregador oficial do iPhone 3GS:

Aqui está a lista de compatibilidade da versão 2, que vale a pena examinar se você estiver tentando encontrar uma solução universal, pois lista vários exemplos em que o carregador padrão NÃO funciona, mas onde um "cabo hack" permite que ele funcione total ou parcialmente.

Por exemplo, o exemplo acima leva você a casos especiais, como o Samsung D Series "hack" aqui ou as modificações do RAZR V3 aqui

Aqui está uma lista de resultados usando o Minty Boost versão 3 com uma variedade de telefones celulares.
Se você emular a interface deles, poderá obter compatibilidade semelhante.

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Atualização - final de 2016:

Controladores de porta de carregamento dedicados USB:

O usuário do SE florisla observou a existência de 'novos' CIs destinados a fornecer recursos dedicados de porta de carregamento USB. Ele observa como exemplo o
"Controlador de porta de carregamento dedicado USB TPS2513A-Q1, TPS2514A-Q1"

A melhor maneira de resumir suas capacidades é dar uma olhada no resumo fornecido em sua folha de dados - veja abaixo:

Achei que esta página responde à sua pergunta claramente. Cito as partes relevantes abaixo.

O BC1.2 descreve três tipos distintos de porta USB e dois identificadores de chave. Uma porta de "carregamento" é aquela que fornece correntes superiores a 500mA. Uma porta "downstream" sinaliza dados conforme USB 2.0. A especificação BC1.2 também estabelece como cada porta deve aparecer para o dispositivo final e o protocolo para identificar que tipo de porta é implementada. Os três tipos de porta USB BC1.2 são SDP, DCP e CDP (consulte a Figura 1):

1. Porta padrão a jusante (SDP) Esta porta possui resistores pulldown de 15kΩ nas linhas D + e D-. Os limites de corrente são os discutidos acima: 2,5mA quando suspensos, 100mA quando conectados e 500mA quando conectados e configurados para maior potência.
2. Porta de carregamento dedicada (DCP) Esta porta não suporta transferência de dados, mas é capaz de fornecer correntes de carga além de 1,5A. Possui um curto entre as linhas D + e D-. Esse tipo de porta permite carregadores de parede e de carro com capacidade de alta carga, sem a necessidade de enumeração.
3. Porta a jusante (CDP) Essa porta permite o carregamento de alta corrente e a transferência de dados totalmente compatíveis com o USB 2.0. Possui os resistores de pulsos de 15kΩ necessários para a comunicação D + e D- e também possui circuitos internos que são ligados durante a fase de detecção do carregador. Esse circuito interno permite ao dispositivo portátil distinguir um CDP de outros tipos de porta.

Mesmo com a especificação BC1.2 disponível, alguns fabricantes de eletrônicos desenvolvem protocolos personalizados para seus carregadores dedicados. Quando você conecta um de seus dispositivos a uma porta de carregamento BC1.2 totalmente compatível, você ainda pode receber a mensagem de erro "O carregamento não é suportado por este acessório". Apesar dessa mensagem, esses dispositivos ainda podem carregar, mas as correntes de carga podem ser extremamente pequenas. Felizmente, quase todos esses carregadores dedicados proprietários se identificam por um nível CC definido nas linhas D + e D- por um divisor de resistor entre 5V e terra.

Comentário adicionado:
Pode-se considerar que os níveis do sinal de dados são 0,0–0,3 V para baixo lógico e 2,8–3,6 V para alto lógico. Sem uma rede de divisão de tensão para dois pinos de dados em curto, a tensão neles é livre para flutuar. Embora os cabos de dados torcidos forneçam alguma proteção contra sinais eletromagnéticos dispersos, eles ainda podem potencialmente induzir tensões imprevisíveis na linha. Por outro lado, uma rede de divisão de tensão fixa a tensão em 2,5v seguros.

Para obter mais detalhes, consulte a página que eu adquiri ou consulte o PDF do USB.org descrevendo a especificação USB Battery Charging BC 1.2

Atualização de 2017:

Não existe uma maneira ideal de lidar com pinos de dados USB para fornecer compatibilidade e "carga rápida". Pode haver muitos carregadores diferentes e muitos dispositivos / telefones / tablets USB que precisam ser carregados. Historicamente, havia duas abordagens:

1. O dispositivo é um "dispositivo inteligente". Ele tenta detectar várias assinaturas da porta à qual está conectado e seleciona o modo de carregamento adequado para si. Obviamente, o dispositivo faz isso sequencialmente e leva tempo para percorrer os tempos limite.

2. A porta de carregamento é uma porta inteligente. Essa ideia foi implementada em alguns chips de TI e hubs SMSC / Microchip. A idéia para a porta de carregamento é / era afirmar diferentes assinaturas de porta de carregamento (Apple 2 / 2.7V, Sony, sequenciamento por BC1.1, BC1.2 ou carregador dedicado / padrão da China, etc.) uma de cada vez. Novamente, como não havia como obter um feedback confiável de que a assinatura do carregador é a correta para um dispositivo específico (além de medir a corrente fornecida / consumida), o seqüenciamento leva muito tempo, precisa de redefinições de ativação do VBUS, etc. Além disso, a bateria de um dispositivo USB pode estar em vários estados de carga diferentes (morto, fraco, totalmente carregado, etc.), a corrente consumida não pode ser um indicador confiável de nada, o tempo de espera do sistema se torna indeterminado, portanto, a pesquisa O algoritmo / switch não pode produzir nada de bom.

Problemas reais acontecem quando a porta e o dispositivo estão tentando ser "inteligentes". Então, tudo fica ferrado e todas as apostas são canceladas.

As especificações de carregamento da bateria USB 1.2 tentaram impor uma restrição: a porta é passiva e o dispositivo inicia a assinatura seqüencial e mede a resposta da porta, e somente então o dispositivo entra no modo de consumo total (se necessário). O limite foi VBUS = 5V.

O método QualComm QC (carregamento rápido) foi além e permite aumentar a tensão USB padrão de 5V para 9, 12, 15 e 20V. Depois que o dispositivo afirma alguma sequência de sinalização de baixo nível em D + / D-, ele sinaliza para o carregador qual nível de tensão ele pode aceitar, afirmando certas combinações de CC de tensões nos fios D + e D-. É um método muito simples.

As novas especificações da USB Power Delivery fornecem meios para que uma porta e um dispositivo sejam realmente inteligentes. A especificação inicial pedia protocolo serial através do VBUS (para que isso aconteça, o VBUS deve estar livre de desacoplamento capacitivo pesado). Esta especificação é agora abandonada no PD Rev3.0 com o advento do conector Tipo C, e a negociação entre as funções de energia de portas e dispositivos (produtores e consumidores) é feita através de um fio CC dedicado (canal de comunicação).

Além das negociações completas sobre PD, os cabos Tipo C devem ter marcadores eletrônicos, pequenos ICs em um dos sobremoldos, que devem aconselhar os consumidores (sumidouros) e os produtores (fontes) sobre a quantidade de corrente que um determinado cabo pode suportar. [Todos os cabos USB3.1 CC são necessários para incorporar os eMarkers, mas ainda não vi um no mercado aberto].

No momento da redação deste artigo (janeiro de 2017), todo departamento de eletrônicos (incluindo o Walmart) poderia ter cerca de 20% (1 em cada 5) carregadores com funcionalidade QC e nenhum com funcionalidade PD. Tenho um pressentimento de que essa proporção não vai mudar.

Em resumo, a assinatura da porta de carregamento mais compatível parece ser do estilo da China, com D + / D- em curto e flutuando em relação ao GND e VBUS.