Лутане из джунглата на протоколите за бързо зареждане: Защо „мощно“ не винаги е „бързо“

Лутане из джунглата на протоколите за бързо зареждане: Защо „мощно“ не винаги е „бързо“. 

Някога имаше две жици и най-сложната част от зареждането беше да не объркаш плюс с минус. Зареждането на батерии днес няма нищо общо с това – наред с плюса и минуса, върви един непрекъснат разговор между зарежданото и зареждащото устройство. И този разговор, на всичкото отгоре, става на различни езици, т.нар. протоколи.

И дори още преди да се стигне до този разговор, хардуерът трябва да е напълно съвместим: използваме различни зарядни, кабели, адаптери от един на друг стандарт… И дори като напаснем всичко, може да се окаже, че зарядното осигурява необходимия протокол, но не осигурява пълния диапазон от напрежение и ток, за да бъде най-ефективно зареждането. В самите кабели има електроника, някои дори имат свой фърмуер, който може да се ъпдейтва.

Лутането из джунглата на протоколите за бързо зареждане започва.

Кабелите не са това, което бяха. 

Разбира се, повечето потребители не се интересуват от това. За тях има „маркови“ зарядни и кабели, и „ментета“. Те са склонни да дадат в пъти повече пари за оригинални зарядни, с което компенсират своето незнание. Ако сте от този тип хора, тази статия не е за вас.

Всъщност, на пазара почти няма ментета 

Хардуерът обикновено има описание и то отговаря на истината. Това, че някой не разбира какво пише в описанието, не прави от хардуера „менте“. Голяма част от потребителите изобщо не четат какво пише за устройствата – било то кабели, зарядни или адаптери. Да, някои производители използват маркетингови трикове, за да си продадат стоката, но това не прави нито тях виновни, нито стоката им – менте.

Никога не забравяйте, че сочейки някого с показалеца за вина, други три пръста сочат вас! Ако мислите по същия начин, препоръчвам да продължите да четете и се надявам този прочит да ви е полезен, като мисля да се опитам да обясня всичко простичко, така че даже и аз да го разбера! 😉

Нека започнем от кабела 

Плюс и минус вече не стигат. Трябват поне още две, а за Type-C още четири жички – D+, D- и CC1, CC2 (и да не забравяме още една – обща маса за всички).

• D+ (Data Plus) и D- (Data Minus): Това са сигналните линии за данни в стария, класически USB стандарт (USB 2.0).
• CC1 (Configuration Channel 1) и CC2 (Configuration Channel 2): Това са каналите за конфигуриране, които са специфични и критични само за USB Type-C конектора.

Подробно обяснение за всеки от тях:

А) Двойката D+ и D- (Дата линиите) 

Тези линии бяха създадени, за да пренасят данни (например от флашка към компютър). Въпреки това, в ерата преди USB-C, инженерите намериха начин да ги използват за бързо зареждане.

• Как работят за зареждане: Когато свържеш стария си телефон към зарядно, те се „договарят“ за мощността чрез напрежението по тези две линии. Например, ако зарядното подаде 3.3V по D+ и 0.6V по D-, телефонът „знае“, че това е QC3.0 зарядно и може да поиска 9V или 12V.
• Протоколи, които използват D+ / D-:
  • BC1.2 (CDP): Най-старият стандарт за зареждане.
  • APPLE: Apple използва специфични резистори на D+ и D-, за да покаже дали зарядното е 5W, 10W или 12W.
  • Qualcomm Quick Charge (QC) 2.0 и 3.0: Разчитат изцяло на нивата на напрежение по D+ и D-.
  • Samsung AFC: Също като QC2.0.
  • Huawei FCP: Използва цифров сигнал по дата линиите.
  • OPPO/OnePlus/Realme (старите версии VOOC / DASH / WARP): Използват патентован протокол по D+ и D-, който изисква оригинален кабел.

Б) Двойката CC1 и CC2 (Конфигурационните канали) 

Това е иновацията в USB Type-C. Тези пинове са причината USB-C да е толкова умен и да може да се включва и от двете страни (реверсивен).

• Как работят:
  • Откриване на ориентация: Когато включиш USB-C кабел, зарядното измерва кой от двата CC пина е свързан. Така разбира коя страна е „горе“ и коя „долу“, за да знае къде да подаде захранване.
  • Откриване на роля: Те позволяват на устройството да разбере дали е включено към зарядно (Host) или към друго устройство (Peripheral).
  • USB Power Delivery (PD): Тук се случва цялата магия. Протоколът PD не използва старите дата линии (D+/D-). Вместо това, той изпраща цифров код по активния CC пин (другият остава за захранване на „активни“ кабели). Чрез този код зарядното и телефонът разговарят, за да договорят високо напрежение и висок ток (напр. 20V @ 5A за лаптопи).
• Протоколи, които използват CC линиите:
  • USB Power Delivery (PD) 2.0 / 3.0 / 3.1: Изцяло цифрови сигнали по CC линията.
  • PPS (Programmable Power Supply): Като част от PD.
  • Qualcomm Quick Charge 4.0 / 5.0: Тъй като тези стандарти са съвместими с PD, те също използват CC линията.
  • Китайските бързи протоколи (Huawei SuperCharge, OPPO VOOC) в модерните USB-C версии: Някои от тях използват и CC за разпознаване на оригиналния кабел или за съвместимост с PD.

Разликата между BC1.2 DCP и CDP 

Протоколът BC1.2 (Battery Charging 1.2) може да бъде или DCP, или CDP. Ето какво означава това. Има съществена разлика между DCP и CDP, но общото е, че и двете позволяват зареждане с по-висок ток от стандартния за USB 2.0 (който е само 500mA).

DCP (Dedicated Charging Port) 

Порт, който е създаден само и единствено за захранване. На него няма цифрова логика, която да пренася снимки или файлове.

• Как работи: За да каже на телефона, че е мощно зарядно, то просто „окъсява“ двете линии за данни (D+ и D-) вътре в самия порт. Когато телефонът „усети“, че D+ и D- са свързани помежду си, той знае, че това е DCP и може безопасно да черпи до 1.5A ток на 5V.
• Кога работи: Когато ползвате устройства, които се включва директно в контакта или в запалката на колата (стари адаптери, стари и не толкова стари захранващи банки).

CDP (Charging Downstream Port) 

Много по-„умен“ порт. Той позволява на устройството ти (например телефон) едновременно да се зарежда бързо и да бъде разпознато от компютъра като устройство за данни (за прехвърляне на файлове, ADB дебъгване и т.н.).

• Как работи: CDP съдържа специализирана електроника. Когато свържеш телефона, този порт използва сложна поредица от сигнали по дата линиите (D+/D-), за да каже на телефона: „Аз съм USB порт за данни, но имам и мощен захранващ блок. Можеш да черпиш до 1.5A, докато си говорим.“
• Кога работи: Когато тествате USB портовете на модерен компютър или скъпа докинг станция.

Когато кабелът е умен: E-Marker чипът 

Споменах, че някои кабели имат в себе си вграден чип. Това най-често е микроскопичен чип, вграден в единия или и двата конектора на USB Type-C към Type-C кабел, и се нарича E-Marker (Electronic Marker).

E-marker-ът може да се оприличи на „електронна лична карта“ на кабела.

• За какво служи: В стандартния USB PD (Power Delivery) протокол без E-Marker, зарядното не смее да пусне повече от 3A ток (т.е. максимум 60W при 20V), за да не прегрее и запали някой тънък или евтин кабел.
• Как работи: Когато обаче зарядното и телефонът „разговарят“, те „питат“ кабела: „Ти какъв си?“.
  1. Ако кабелът има E-Marker, той отговаря цифрово по CC линията: „Аз съм сертифициран кабел, мога да издържа 5A ток и поддържам USB 3.2 данни.“
  2. Тогава зарядното безопасно активира профилите от 60W до 100W (и дори 240W в PD 3.1).

Ами VOOC/SuperVOOC кабелите? 

Някои кабели не се нуждаят от E-Marker (например тези на OPPO/OnePlus/Realme, които работят по SuperVOOC протоколи). Те имат собствени патентовани чипове. Техният подход е различен – при тях напрежението е ниско (5V или 10.5V), но токът е значителен (до 6A-12A), за да се постигне желаната зарядна мощност.

• Различен стандарт: E-Marker е отворен стандарт на USB-IF. SuperVOOC е частна собственост на OPPO. Ако зарядното използва PD протокола, за да „почука на вратата“, OPPO чипът няма да отговори. Затова тестерът FNIRSI ще ти напише: „No E-Marker Found“.
• Скрит хардуер/Софтуер: В по-старите USB-A към USB-C кабели за VOOC, разпознаването често става по чисто хардуерен начин – допълнителен, патентован пин вътре в USB-A конектора, който телефонът засича. В модерните USB-C към USB-C кабели на OPPO има чип, но той използва патентовани криптографски ключове, за да се идентифицира пред телефона като „оригинален“.

Оригиналният OPPO кабел има чип, но протоколът PD не може да прочете информацията вътре в него, защото тя е заключена.

Разликата в подходите (20V/5A vs. 10V/10A) 

• PD (Power Delivery): Използва високо напрежение (напр. 20V) за пренос на мощност. Чипът (E-Marker) е нужен, за да потвърди, че кабелът може да издържи висок ток (5A), за да не се запали.
• SuperVOOC: Използва ниско напрежение (5V или 10V) за пренос на мощност, но с екстремно висок ток (до 6A-12A в зависимост от версията). Тук чипът не е за безопасност на напрежението, а за автентификация. OPPO иска да е сигурен, че използваш техния специфичен кабел, който има по-дебели медни жила, за да пренесе този висок ток без загуби.

Повечето масови PD кабели (без E-Marker), дори и да са качествени, не могат да пренесат 10-12A ток на 5V-10V. Телефонът OPPO „знае“ това, „разговаря“ с чипа в оригиналния кабел и само тогава активира SuperVOOC. Ако чипът не отговори, телефонът ограничава зареждането до базовите 5V/2A.

Систематизиране на „джунглата“: Таблица с протоколите за бързо зареждане

Ето и един мой опит да систематизирам „джунглата“ в таблица:

Заключение

Моля да бъдете снизходителни, ако някъде има грешка – джунглата си е джунгла и за мен, макар че вече доста успешно се ориентирам. Ще се радвам на всякакви конструктивни забележки и допълнения – коментарите са на ваше разположение!