科普:PPS充電器為何不兼容筆電?
USB PD沒有發布之前,手機快充標準呈現出QC2.0\3.0、MTK PE、FCP/SCP、AFC、VOOC/DASH等等標準。USB-IF看到這個局面,在最新的USB PD3.0規範中引入了PPS系統子集,用於向下兼容對手機設備的充電。
一、USB PD打破碎片化僵局
USB PD在電源快充協議中好比全球通用的英語,其他協議因為是自家定義私有協議,好比法語、德語、西班牙語、阿拉伯語等等。
自從有了大家各自遵循的USB PD後,充電器與手機、筆記本的充電變得智能了,通過實現寫入的PDO程序,雙方可以相互協商最佳充電功率。
USB PD讓充電器變得智能
更通俗一點說,當充電器發出“ How are you ”,手機、筆記本聽懂大家是同一個語種(協議)於是也友好的說“ I’m fine,thank you,and you? ”,雙方握手成功,開始充電。
二、這鍋PPS該不該背?臣妾冤枉呀
先來科普一下PPS。
PPS(Programmable Power Supply)可編程電源,屬於USB PD3.0中支持的一種Power Supply類型,是一種使用USB PD協議輸出的可以實現電壓電流調節的電源。PPS規範整合了目前高壓低電流、低壓大電流兩種充電模式。另外,PPS規範將電壓調幅度降低到為20mV一檔,是QC3.0標準的十分之一,電壓調節更為精準。
PPS詳細介紹
注意,PPS是跟USB PD3.0一同認證的,屬於旗下的一個分支。USB-IF的USB PD認證有USB PD2.0、USB PD3.0、USB PD3.0(PPS)。由此可見,不是所有的USB PD都支持PPS。但是USB PD3.0向下兼容2.0。
早期發布的部分筆記本,那個時候PPS還沒見踪影,如USB PD協議芯片ADC精度不夠或者係統不具備在線升級能力,USB PD協議芯片會按照最初的設計規範工作。
三、兼容需要多方努力
USB-IF每年都會在全球舉辦workshop,這個素有業內武林大會之稱,充電頭網有幸參加了今年11月在台北舉辦的workshop,這也是在亞洲舉辦的唯一一場。
USB-IF workshop
USB-IF舉辦workshop的最大目的,就是讓全世界的芯片商、設備商相聚一起解決彼此兼容性問題,通過相互測試後,現場頒發USB-IF認證報告,目前最新的是USB PD 3.0(PPS) 。
具備PPS協議的QC4+充電器
通過充電頭網的觀察,這次PPS充電器不兼容部分筆記本,不是個例;接下來具備PPS的充電器在給筆電充電時還會繼續遇到兼容問題,並且概率還會提升。這個屬於歷史遺留問題,因為PPS出來比較晚;Apple等品牌早期出貨的產品,USB-IF還沒有定義PPS。
不兼容的原因是部分筆記本電腦採用協議芯片所致。早期設計筆記本的時候USB PD2.0規範裡面沒有說到如何去兼容PPS,這個廠商可以自由發揮的空間就比較大。
經過ChargerLAB UW001協議分析顯示,該類Host擁有一個特點就是主機無法解析正確的USB PD3.0, 一旦帶有PPS功能的充電器就會拒充。
某款QC4+充電器對MacBook充電
再進一步說,USB PD是協商充電,主機端的協議芯片並未選擇Fixed PDO,就是常說的5、9、15、20V固定電壓,而是直接判斷PPS為非標準充電器,採用reset充電器,從而拒絕充電保護自身。如筆記本更換協議握手檢測流程,先選擇Fixed PDO,跳過PPS,這樣充電兼容問題就會解決。此外,充電器關閉PPS,也可以解決充電兼容問題,這個需要升級協議芯片固件,小白用戶無法操作。
筆記本電腦品牌都是大佬,這些產品在出貨的時候都會搭配原裝USB PD充電器銷售;並且保修卡說明書上通常友情提示推薦原廠認證的電源適配器,採用第三方出現的問題概不負責。
四、PPS充電器為何遇到筆電兼容問題
目前USB PD協議都在升級到USB PD3.0,在USB PD3.0的協議裡面,對充電頭的Power Rule 和PPS的都有全新的定義。
USB PD3.0 分為兩種:
USB PD3.0 不帶PPS (純USB PD2.0協議升級版,版本號為REV 3.0);
USB PD3.0 帶PPS。
PD2.0/3.0互通要求。
凡是有一方是USB PD2.0的,這個USB-C的連接中(SRC/SNK/EMARK)都會降為USB PD2.0;除非USB-C的連接設備全部都為USB PD3.0,PD協議才會統一採用USB PD3.0。
USB PD3.0充電頭(USB PD3.0帶PPS)給MacBook 2016筆記本充電的情況實測:錘子18W充電器(支持PPS的充電器)。
為什麼會出現60W呢?而且反复充電/斷電,18W充電器最大功率不就是18W嘛。
用ChargerLAB UW001看看報文交互過程:
PPS充電器發出了5/9/12V的固定電壓通告和5V/9V檔的PPS通告。
USB PD報文交互過程診斷
USB PD報文交互過程診斷
而且看起來蘋果MacBook申請了第5檔,9V檔PPS (3.3~11V),但這樣也顯然不對,電腦只要了0.88V,不可能嘛。
真正的情況是:
USB PD報文交互過程診斷
USB PD報文交互過程診斷
蘋果MacBook把SRC_CAP 中PPS報文解析成固定電壓檔(38.8V/2.96A),同時按照USB PD2.0的Request來請求38.8V 電壓的1.5A, 這樣就出現了MacBook顯示為60W充電了。
充電器和受電設備MacBook的理解不一致,後續的電壓檢測之類的保障就都不對了,所以就會一直出現Hard Reset復位的故障了。說到底,充電器是個被動的設備,關鍵問題還是蘋果MacBook不能正確識別PPS報文的原因了。
據業內工程師向充電頭網介紹,Apple在USB PD2.0就考慮了PPS,但是並未處理PPS導致了這一問題。在實際的互聯中,我們也發現Dell XPS筆記本也有類似問題,但XPS的問題更進一步,只要充電器發出了PPS的報文,筆記本本那邊就反復發Hard Reset出來,復位充電器,徹底不請求電壓。
五、解決途徑
說到這,筆記本電腦是貴重物品,充電器不能給筆記本充電;大家第一反應不是筆記本問題,而是充電器壞了。其實充電器並沒有壞,而是筆記本的USB PD握手協議跟充電器不匹配,造成了無法充電。
筆記本電腦廠商都是巨頭,他們在保修卡、說明書中提示消費者使用原裝配件以獲得最佳性能,但消費者對第三方配件是有需求的。怎麼辦呢?
1、第三方充電器不採用USB PD3.0,改用純USB PD2.0的協議做交互;
2、充電器上加系統判斷策略,當充電器發現有這類現象,被動復位後,改發USB PD2.0協議來兼容支持此類設備。
這樣可以在對QC4.0/PPS手機互聯的場合下,PPS也能繼續用起來。