【深度解析】BC1.2 USB 充电协议（一）：基础概念与 DBP 亏电供电机制

刚步入BSP充电行业记录下来偶发灵感和学习心得欢迎前辈指导新人们共同探讨一、背景意义BC1.2USB Battery Charging Specification 1.2协议规范的核心目标是定义各类电气限值同时规定检测、控制与状态上报机制使便携设备能够从专用充电器、主机、集线器、充电下行端口汲取超过 USB2.0 规范默认上限的电流用于电池充电或设备上电。电脑上的 USB 端口是给便携设备PDPortable Device电池充电的便捷途径所以市面上出现了大量 A 型母座充电器 —— 这样一根 USB 线既能连接电脑传数据 充电也能连接充电器纯充电。但问题来了当 PD 接入 USB 或者集线器的时候根据 USB2.0 原生要求连接后的 PD 电流消耗必须满足严格限制表1 USB标准电流规格总线状态平均电流总线挂起≤2.5mA总线未挂起设备未完成配置≤100mA总线未挂起设备配置500mA模式≤500mA若 PD 设备接入充电端口包括 CDP、DCP、ACA-Dock、ACA则可以直接吸取设备允许的电流不用进行 USB 枚举配置也不受总线挂起相关电流规则约束。如果 PD 是亏电状态在设备物理接入总线、但尚未完成 USB 连接枚举阶段最多可汲取 100mA 电流。便携设备需要一套识别机制用来区分上游端口是标准下行端口SDP还是充电端口 ——这就是 BC1.2 协议存在的核心意义。二、端口盘点BC1.2 定义了多种端口类型下面逐一拆解SDPStandard Downstream Port 标准下行端口最熟悉的电脑原生 USB 口它符合USB2.0主机/HUB定义支持完整USB枚举硬件通过两条差分线把15k电阻下拉倒地其电流规则严格遵循USB2.0规范见表1。CDPCharging Downstream Port 充电下行端口数据大电流充电常用于车载USB、某些电脑。空闲时D-引脚输出VDM_SRC电平当外设建立通信停止D-输出信号并允许PD跳过枚举直接拉ICDP电流充电同时可以枚举传数据。DCPDedicated Charging Port 专用充电端口普通充电头无数据功能它不能枚举下游设备充电时D,D-两个差分线直接短接在一起这就是手机识别普通 5V 充电头最经典的判断依据。市面上 QC/FCP 等私有快充底层载体就是 DCP在 D/D - 上叠加私有电平握手。ps: 我们电源适配器母口实现了DCP电路特性这个端口就是DCP。ACAAccessory Charger Adapter配件充电适配器Micro公头插入USB口两个母头一个接外设一个给手机供电属于OTG扩展场景由于工作暂时涉及不到先不展开。延伸为什么私有快充必须基于 DCP之所以识别DCP才能启动QC、FCP这类私有快充首先是由BC1.2端口特性决定的SDP正常跑USB数据通信如果此时手机在D/D - 上发送快充握手电平会干扰正常USB数据传输。因此只用5V/500mA标准充电。CDP带数据传输的大电流充电一旦线缆建立USB数据链路ConnectD/D -就要用于USB差分信号此时叠加私有快充电平信号就会破坏USB通信因此CDP只启用BC1.2标准1.5A充电不采用高压私有快充协商。DCP天生不跑USB数据信号D/D -信号线空闲没有USB通信干扰厂商利用空闲D/D -引脚叠加电压电平。ps:不是所有快充协议都依赖DCPMicroUSB / A 口老式私有快充QC2.0/3.0、FCP、AFC、PE依赖 BC1.2 DCP 检测D/D - 通信。Type-C 新快充USB PD、QC4、UFCS、各家 C 口私有闪充通信挪到 CC 引脚不再占用 D/D-不受 BC1.2 端口规则约束。三、BC1.2下的亏电电池背景死锁矛盾USB2.0 规范定义总线未挂起且设备未枚举连通时最大汲取电流 100mAIUNIT总线一旦进入挂起 Suspend 状态设备最大只能汲取 2.5mAISUSP。由此产生典型死锁矛盾设备电池深度亏电时MCU 与电源管理芯片无法上电无法使能 D 上拉电阻完成 USB Connect 连通与枚举。主机长时间检测不到设备接入会将总线挂起电流被限制至 2.5mA充电电流不足以将电池充至开机电压设备永远无法启动。BC1.2 引入 DBP死电池供电机制解决该问题DBP 机制仅适用于 SDP 标准下行端口电脑 USB 口。DCP/CDP 充电端口不受这套 DBP 时序约束。核心状态1. 未配置态 Unconfigured Clause定义物理线缆 Attach 上电接入但尚未完成 USB Connect 连通或是已经连通但未收到主机下发SET_CONFIGURATION配置命令。满足 DBP 全部约束时亏电便携设备允许持续汲取上限 100mAIUNIT电流(1). VBUS 上电 Attach 后必须在TSVLD_CON_WKB(典型45s)时限内完成上电准备、发起 USB 枚举超时仍无法完成枚举则电流强制下降至2.5mAISUSP。(2). 接入后规定时间内开启数据线电压源 VDP_SRCD 输出 0.5~0.7V 特征电平向主机告知自身为亏电便携设备。关闭 VDP_SRC 后需要快速拉起 D 上拉电阻发起 USB 连通。(3). DBP 提供的 100mA 电流用途严格受限仅允许用于设备上电初始化、预充电池至 Weak Battery Threshold弱电阈值、准备 USB 枚举禁止运行音视频、无线网络、通话等常规设备功能。2. 已配置态 Configured Clause定义便携设备 PD 收到主机下发SET_CONFIGURATION命令完成 USB 枚举配置。弱电亏电设备处于 DBP 过渡模式下最高可拉取 USB2.0 标准配置电流500mA同时可豁免部分 USBCV USB 兼容性测试但仍需要遵守基础 USB 交互规则(1). 正确响应主机下发的各类 USB 令牌合法应答ACK/NAK。(2). 收到 USB Reset 复位信号电流降低至 IUNIT (100mA)设备也可主动断开连接断开后重新进入【未配置态 DBP 规则】。(3). 收到 USB Suspend 总线挂起信号电流强制降至 ISUSP (2.5mA)或者主动断开连接到【未配置态 DBP 规则】状态。(4). 上电计时器TDBP_FUL_FNCTN超时约束时限到达前设备要么具备完整标准 USB 功能、通过 USBCV 测试要么主动断开 USB 连接。(5). 一旦电池电压充至 Weak Battery Threshold 弱电阈值DBP 过渡模式结束设备必须完全遵循标准 USB2.0 规范具备完整 USB 功能。(6). 上电后在TDBP_INFORM规定时间内人机提示用户当前仅支持充电设备其他功能暂时不可用。四、总结BC1.2 协议的核心价值让 USB 设备能够自动识别上游端口类型合理分配充电电流同时保证 USB 数据通信不受干扰。三类核心端口SDP电脑口严格 500mA、CDP数据 充电1.5A、DCP纯充电头1.5A 私有快充基础。DBP 机制解决了 亏电设备插电脑 USB 永远开不了机 的死锁问题通过 VDP_SRC 特征电平获得最长 45 分钟的 100mA 预充豁免期。DBP 分为未配置态100mA 预充和已配置态500mA 正常充电两个核心状态状态切换由 USB 枚举驱动。本文为 BC1.2 系列第一篇后续将继续讲解充电端口检测算法软件层与电气规范硬件层敬请关注。