一、快充協議簡介
快充，顧名思義就是給手機快速充電，通過軟/硬件技術手段，調整手機的電壓與電流的輸入值，進而縮短手機的充電時間，打破以往傳統的5V/1A模式。提升充電速度的方式無非三種：電流不變，提升電壓;電壓不變，提高電流;電壓、電流兩者都提高。
隨著市場的需求擴張，目前市面上高電壓恒定電流、低電壓高電流、高電壓高電流三種模式都已經出現并完善起來。對于這三種模式，每個廠商都有不同的選擇，因此衍生出了多種快充協議。目前較為主流的有PD快充，高通的QC2.0/3.0，聯發科的PE協議，oppo、vivo的閃充、華為的SCP等。為規范快充標準，USB-IF(USB標準化組織)發布了USB PD 3.0的重要更新，旨在一統快速充電技術規范方案，并且不允許USB接口通過非USB PD協議進行電壓調整，而谷歌也宣布Android7.0以上的手機搭載的快充協議必須支持PD協議，更是加快了PD一統快充協議江湖。下面我們就以USB-PD為例，帶你全面認識手機快充。
二、USBPD充電原理
USB-PowerDelivery(USBPD)是由USB-IF組織制定的目前主流的快充協議之一，它可以使目前默認最大功率5V/2A的type-c接口提高到100W功率。并且可以進行雙向甚至組網的電能傳輸，具備系統級供電方案。
圖 1 USBPD通信線纜
USBPD通信通過VBUS上交流耦合的FSK信號的調制(24MHz)進行半雙工通信,從而實現手機和充電器的充電過程。
SOURCE端和SINK端分別代表適配器端和手機內部芯片SINK控制器,從USB通信傳輸角度可以理解為USBHOST(主設備)和USBOTG(做從設備)。
當電纜接通之后，PD協議的SOP通信就開始在CC線(type-c接口通信配置通道)上進行，以此來選擇電源傳輸的規格，此部分由SINK端向SOURCE端詢問能夠提供的電源配置參數(5V/9V/12V/15V/20V)。
圖 2 包含USBPD協議的Type-c系統充電原理框圖
以手機端和適配器的9V充電為例，整體過程如下：
USB OTG端(從設備：適配器端)監控VBUS上電壓狀態，如果有VBUS的5V電壓存在并且檢測到OTG的ID腳是1K下拉電阻則說明該電纜支持USBPD通信，此時通信過程開始。
圖 3 PD通信波形電平變化
1. SINK端發起SOP(起始段)，啟動SOURSE端USBPD設備管理器，申請獲取SOURSE端能提供的規格資料;
2. SOURCE端回復能提供的規格列表，即根據USBPD規范解析該消息得出適配器所支持的所有電壓和電流列表對;
3. SINK端回復選擇的電壓規格，即選擇一個電壓和電流對，并帶上所需要的電流參數，發出相應的請求;
4. SOURSE端適配器內部解碼轉換后接受請求，調整適配器輸出，把VBUS線纜上由5V抬升到9V;
5. 手機收到消息后，SINK端會調整充電電壓和電流，待SOURSE端的VBUS線纜到達9V并達到穩定進行充電;
手機在充電過程中可以動態發送消息來請求充電器改變輸出電壓和電流，從而實現快速充電的過程。
三、USB PD協議解析規劃
PD協議的通信編碼為Bi-phase Mark Coded (BMC)，通過CC腳進行通信，如圖所示。
圖 4 BMC通信線纜
BMC碼是一種單線通信編碼，數據1的傳輸，需要有一次高/低電平之間的切換過程，而0的傳輸則是固定的高電平或者低電平。每一個數據包都包含有0/1交替的前置碼，所有的PD傳輸流程，都是以SOP Packet開始，起始碼(SOP)，報文頭，數據位，CRC以及結束碼(EOP)。
圖 5 PD傳輸數據
BMC編碼的通信，從數據流的測試節點開始，可以使用分析儀進行分析，也可以用帶有協議解碼功能的示波器進行直接解碼，抓取每個數據包，并且獲得數據包的報文參數。
圖 6 協議規劃
如圖所示即為使用示波器在測試節點所獲取的CC腳上PD通信波形。由此可看出，BPD協議的位數較多，解碼較為復雜，而通過示波器的協議解碼功能，可將完整報文在短時間內迅速解出，大大提升了工程師的工作效率以及直觀的體驗。
圖 7 ZDS示波器 USBPD解碼
圖 8 PD協議控制下的電壓抬升過程
圖 9用雙ZOOM模式分析PD各段解碼協議
目前ZDS系列示波器不僅能夠支持USBPD的協議解碼，并且也支持QC2.0/3.0協議的解碼，可以滿足目前主流快充協議的解碼需求，并且在其高達512M的大存儲機制下，可支持超長時間的解碼還原真實波形，完整監控通信過程;且具有雙ZOOM分析功能，可用主時基捕獲需要統計數據的波形，通過Zoom1定位一段時間的特征值，再由Zoom2放大波形細節，觀測瞬時信號變化，大大提升了工程師的測試便捷性。