手机充电技术不断更新迭代,私有化亦在不断严重,像垒墙一样越砌越高。当前大部分安卓手机所标配的A-C(Type-A转Type-C)充电线本质是基于成本和技术壁垒的考虑,而发展出的一种阉割版、对现有规则进行魔改的数据线,硬生生把国际通用规则魔改成家规。
但这种“非标”特性客观上也给消费者带来了诸多不便。比如外出时,如果手上的电子设备不是一家的,则携带的砖头(快充头大的像砖头)众多,线缆众多,出个门就像搬次家一样。包里的东西像个五金店,失去了一线走天线、一口走天下的便捷。
而手机厂商在私有化设计时,不可避免的面临数据线的鉴权。即需要判断所插入的充电线是否为自家的,确保充电安全与协议的相互兼容,防止使用劣质线材。劣质线材无法承受大电流,容易过热起火。通过芯片鉴权,可以从硬件层面杜绝不安全线材的使用。如果鉴权成功,则有可能触发大功率快充,如果鉴权失败,则铁定是慢充。
本文接下来简要介绍下当前主流A-C线的鉴权技术。
A口芯片鉴权
有的厂商(如Huawei、OPPO、vivo等)的A-C线,内部只有VBUS、D-、D+、GND四根线缆,标准USB PD协议无法直接支持。为了做私有线缆的鉴权,他们在A口上进行魔改,集成一颗ROM芯片(加密芯片),并且引入一个特殊的引脚(SDQ)用来做充电器和芯片之间的通信,如下图所示:
这类芯片通常被称为安全认证芯片或加密协处理器,你可以把它想象成这个线缆的数字防伪标签。以Maxim的DS28E39的芯片为例,其技术feature大致如下:
- 加密算法:芯片内部集成了基于椭圆曲线数字签名算法(ECDSA) 的硬件引擎,是一种非对称加密算法,防止芯片被克隆。
- 唯一身份:每颗芯片在出厂时都有一个全球唯一的、不可更改的64位ROM识别码(ROM ID),相当于这根线的身份证号。
- 单总线通信:这类芯片通常通过单总线接口与充电器通信,只需一个脚就能完成所有信息交互。
当这根带芯片的线插入后,充电器会主动读取芯片信息进行鉴权。只有鉴权成功,充电器才会告知手机进入快充模式,准备接受更高的电压和电流(例如10V/4A甚至更高)。
由于鉴权做在了A口,则数据线的线缆数量较少,只需VBUS、D-、D+、GND线。
C口芯片鉴权
除了A口鉴权,业界还有种把芯片做在C口的鉴权,典型的厂商为粗粮厂,如下图所示。
虽然做在C口,并且这种线缆含有CC线,但仍属于PD充电线的魔改,不是正规的PD充电线。
因为按照Type-C规范,正规的方式是使用E-marked芯片进行线缆标识,E-Marked芯片需要从VCONN获得供电。并且芯片内部集成下拉电阻Ra,阻值为1.1K,检测到Ra之后,再在VCONN上提供一个电压,给芯片供电,如下图所示:
而当前这根线缆的芯片没有设计VCONN供电方案和Ra电阻,芯片的供电来自来自充电器的VBUS输出。
此外,该芯片内部没有集成PD PHY,不能和手机直接进行CC通信,而是充电器和芯片之间通过D+/D-引脚,基于IIC的方式暗度陈仓,进行通信和鉴权,如下图所示。
实测波形如下图:
使用协议分析仪解析的IIC通信数据大致如下:
总结
目前的手机的充电技术,因私有化壁垒,存在不小的资源浪费和环保问题。
讽刺的是,要想实现兼容性的统一,可能还得靠外人。欧盟规定在欧盟售卖的手机等电子设备必须配备Type-C接口,而且公有PD-PPS协议的功率配额不能过低,国产厂商为了实现顺利出海,只能硬着头皮适配PD-PPS公有协议,而这或许能倒逼国内充电技术走向一统。