如何使用DSLogic分析USB-PD信號？

一 文檔介紹

本文將一步步介紹如何使用DSLogic邏輯分析儀采集和分析 USB-PD 信號。此次將演示使用快充充電器給一臺安卓手機(jī)充電。

二 需要測量哪幾個信號

邏輯分析儀需要測量 CC1 信號，兩設(shè)備協(xié)商后 VBUS 的電壓會有所改變。

VBUS 電壓是 USB 總線上的電源電壓，通常為5V。在 USB-PD 中，它可以在5V、9V、12V、15V或20V之間變化，以提供不同功率級別的電力傳輸。CC 電壓則是用于識別連接的設(shè)備類型和支持的功率級別的信號。

USB-PD 協(xié)議是在 Type-C 接口的 CC 信號線上實現(xiàn)的。CC信號線有兩根，分別被標(biāo)記為CC1和CC2，數(shù)據(jù)線上的 CC2 為 VCONN，用于 100W 模式下給 E-marker IC 供電。在 USB-PD 協(xié)議中，一般使用 CC1 信號線用于傳輸協(xié)商消息，以確定所需的電源和充電速度，通過配置電阻的上下拉，它可以是0V、0.6V 或 1.2V，根據(jù)連接的設(shè)備和所需的功率級別而變化。CC1 信號線的通信速率限制在 270-330 Kbps，典型為 300Kbps。所以，在使用邏輯分析儀測試 USB-PD 時，我們只需要測試 CC1 即可。

如何從 TypeC 中識別出 VBUS 和 CC1 ？可以參考每種類型接插件對應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊，都會有引腳分布的介紹。

圖1 6 Pin TypeC引腳定義

更多 TypeC 插座類型的引腳定義請查看附件。

如上圖所示，VBUS 為 A9/B9，CC 線為 CC1/CC2。如果你的硬件方便，可以直接用設(shè)備連接 TypeC 上的這兩個引腳。

如果不方便測試 TypeC 中的引腳，也可測試 TypeC線纜，將數(shù)據(jù)線里的每一根線都剝開，使用萬用表測量每一根信號線的電壓。

圖2 將數(shù)據(jù)線剝開

如果在 TypeC 接入手機(jī)后的前一段時間：

電壓從 5V 上升到某個電壓如 9V，并保持穩(wěn)定，那么這根線是 VBUS

表現(xiàn)為短路，則這根線是 GND

電壓時不時在 2V 以下變化，則這根線為 CC1

表現(xiàn)為開路，則為其他信號線

三 信號的實際模樣

DSLogic邏輯分析儀分析的是數(shù)字信號，在采集分析之前，我們先用示波器觀察下信號實際是什么樣子的。

這里我們使用璞石示波器來完成捕獲模擬波形的演示。

3.1 設(shè)置示波器

3.1.1 時基

我們在開始采集前可以先將時基設(shè)置得稍微大一點，這樣方便觀察是否采集到了信號，比如可以設(shè)置為 5ms/格，待采集到波形后再減小時基到波形容易被觀察范圍。

3.1.2 垂直分辨率

因為 CC1 的最高電平是 2V，我們將通道 0 垂直分辨率設(shè)置 500mV/格；VBUS 可能能到 20V，我們將通道 1 垂直分辨率設(shè)置 2V/格，如果觀察到波形不合適，再來調(diào)整。

3.1.3 觸發(fā)電平

因為兩個設(shè)備是先協(xié)商再決定供電功率，所以我們將 CC1 的電平變化作為觸發(fā)條件，可以設(shè)置為 0.8V左右。

3.2 在璞石示波器上顯示

我們使用璞石示波器來完成捕獲模擬波形的演示。

圖3 使用璞石測試到的信號

示波器 0通道接在 TypeC 數(shù)據(jù)線的 CC1 處，接地夾接數(shù)據(jù)線的地線，設(shè)置水平分辨率為 5ms/格，垂直分辨率為 500mv/格，觸發(fā)電平設(shè)置在 800mv 左右，單次觸發(fā)。1 通道接在 TypeC 數(shù)據(jù)線的 VBUS 處，接地夾接數(shù)據(jù)線的地線，設(shè)置垂直分辨率為 2V，將 TypeC 充電線接入手機(jī)，捕獲的波形如下圖所示。

圖4 捕獲波形

圖5 展開波形觀察

在圖4 和圖5 中，紫色波形為 CC1，綠色波形為VBUS，可以看到，在 CC1 通訊前，VBUS 為 5.200V，CC1 保持高電平為 1.733V，可知該手機(jī)使用的是 3.0A 的電流標(biāo)準(zhǔn)，CC1 通訊完成后，VBUS 電壓從 5.200V 上升至了 8.733V，從而可以得知該手機(jī)使用的是 9V 的電壓標(biāo)準(zhǔn)，由此次測量可知，充電器向該手機(jī)提供 9V*3A，也就是27W 的充電功率。

四 信號的采樣與解碼

在示波器上可以觀察到信號的波形質(zhì)量，但是示波器不擅長長時間抓取波形，同時進(jìn)行解碼分析。所以當(dāng)想要分析協(xié)議通訊的內(nèi)容時，使用DSLogic邏輯分析儀是最合適的工具。

接下來將詳細(xì)介紹如何使用 DSLogic Plus 采集和解碼 USB-PD 信號。

4.1 信號的連接

在DSLogic Plus中，可以選擇任意通道對波形進(jìn)行采集。我們使用 0 通道來采集 CC1 信號。

連接排線至邏輯分析儀的采樣端口，圖6 顯示了排線和通道的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 排線與邏輯分析儀的連接

連接 0 通道至 CC1，黑色信號線為接地信號線，連接地線。連接效果如圖。

圖7 邏輯分析儀連接被測信號

4.2 采樣設(shè)置

打開 DSView，在左上角點擊“選項”，按照圖8 參數(shù)設(shè)置，其中關(guān)于閾值電壓，在圖5 中，我們可以看到通訊波形的電壓范圍大致在 0V – 1.2V 之間，所以閾值可以設(shè)置為 0.8V 左右，通道選項的所有選項都符合我們的要求，我們選擇就選第一個。其他選項保持默認(rèn)，點擊確定。

圖8 DSView選項設(shè)置

設(shè)備選項設(shè)置完成后，采樣率一般設(shè)置為波形最大速率的 10 倍，這里可以設(shè)為 2MHz，采樣時間這里設(shè)置為 5.00S，采集模式設(shè)置為“單次”。

關(guān)鍵的閾值、采樣時間和采樣率設(shè)置完成后，我們接下來設(shè)置觸發(fā)方式。

從圖1 可以看到 CC1 以從高電平狀態(tài)跌落到低電平狀態(tài)而開始通訊，所以我們設(shè)置觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)，點擊 0通道左側(cè)的下降沿標(biāo)識，顯示為藍(lán)色則為下降沿觸發(fā)。

圖9 觸發(fā)設(shè)置

完成以上接線和設(shè)置后，點擊 DSView 上的“開始”，此時邏輯分析儀正在等待觸發(fā)波形的出現(xiàn)，然后將 TypeC 接入設(shè)備，觸發(fā)后等待波形采集完成。

4.3 解碼設(shè)置

波形采集完成后會在軟件界面顯示，此時可以對波形進(jìn)行解碼操作，具體操作是點擊菜單欄的“解碼”按鈕，在協(xié)議框中輸入“USB”，選擇在下方出現(xiàn)的”USB PD“，在彈出的解碼設(shè)置中進(jìn)行解碼設(shè)置。

圖10 解碼設(shè)置

右側(cè)帶有眼睛圖標(biāo)的選項表示是否要在解碼中查看這些內(nèi)容，默認(rèn)是要查看，如果不想看到相關(guān)內(nèi)容，將其勾選掉即可。

在”CC1“選項中選擇連接 CC1 信號的通道，我們的通道是 0 通道，所以選擇 0。

由于我們不檢測 CC2 電源連接，故此項不填。

“Full text decoding of packets” 表示是否需要對數(shù)據(jù)包進(jìn)行全文解碼。

如果在波形中插入了光標(biāo)，可以使用光標(biāo)來限制解碼的范圍，默認(rèn)是對所有波形進(jìn)行解碼。

圖15 解碼器選項

此時解碼已經(jīng)完成，可對波形放大查看細(xì)節(jié)。

圖11 查看解碼結(jié)果

附件

9 Pin TypeC引腳定義

14 Pin TypeC引腳定義

16 Pin TypeC引腳定義

24 Pin TypeC引腳定義