Многие знают микросхему FT232RL, ее применяют в качестве моста USB-UART. Но у нее имеется младшая сестра FT230X, которая не только дешевле, но и имеет интересную функцию обнаружения USB-зарядного устройства. И один заинтересовавшийся ею товарищ под ником Baoshi провел исследования в этой области, поскольку хотел, чтобы его новое устройство питалось от USB и/или от аккумулятора.
Проектирование устройства с питанием от USB не тривиальная задача, потому что:
1. Если устройство нуждается в более 100 мА тока, оно сможет получить этот ток только после запроса хоста во время инициализации USB. Некоторые USB-хосты в состоянии обеспечить максимум 100 мА. Поэтому устройство должно быть достаточно умно для того, чтобы уметь определять тип хоста.
2. Следует учитывать ограничение тока в спящем режиме.
3. Если хочется, чтобы устройство работало автономно без ПК, то оно должно быть способно получать питание от «тупых» хостов, таких как USB-зарядники.
Положение 3 конфликтует с положениями 1 и 2, потому что USB-зарядник не может быть проинициализирован и не предусматривает спящего режима. Вот почему функция определения USB-ЗУ в микросхеме FT230XS так интересна. Но необходимы испытания…
Согласно документации FT230XS поддерживает обнаружение зарядника, соответствующего спецификации USB BC1.2. Но многие USB-зарядники (и в частности зарядники Apple) не совместимы с BC1.2. И в документации не сказано, сможет ли FT230XS обнаружить их.
Кратко об USB-питании и USB-зарядке. Изначальная спецификация USB ограничивает отдачу тока на уровне 500 мА. Однако 500 мА недостаточно, чтобы зарядить такие устройства как, например, смартфоны. Поэтому позднее была представлена спецификация BC1.2 с положениями Charging Downstream Port (CDP) и Decicated Charging Port (DCP). В DCP подразумевается закорачивание D+ и D- между собой. В случае с DCP устройство может получать от порта 1.8 А. Работа с CDP будет посложнее и не входит в данную статью, но особо интересующиеся могут посмотреть здесь (англ.).
На бумаге все выглядит легко, но на деле не все так просто. Дело в том, что спецификация для USB-зарядки была выпущена слишком поздно, и производители изобрели свои собственные протоколы зарядки, а именно:
1. Apple разработала протокол зарядки еще во времена iPod. Возможности зарядного устройства определяются по напряжению на линиях D+ и D- следующим образом: 1) (D+,D-) = (2.0 В, 2.0 В) -> 500 мА (зарядник iPod) 2) (D+,D-) = (2.8 В, 2.0 В) -> 1 А (зарядник iPhone) 3) (D+,D-) = (2.0 В, 2.8 В) -> 2 А (зарядник iPad)
2. Китайский стандарт YD/T 1591-2006. Он похож на BC 1.2, там также перекорачиваются D+ и D-.
3. Европейские стандарты зарядки смартфонов говорят, что для определения ЗУ между D+ и D- должен быть подключен резистор 200 Ом.
FT230XS довольно проста в использовании. Baoshi сделал плату для тестирования (на изображении ниже). Контактор был взят из USB-разъема и приклеен к плате. Тестируемая микросхема FT230XS, Rev D, код 1243.
Также были подключены 3 светодиода к выводам CBUS. Цветовая конфигурация следующая:
- Желтый – BCD#, должен загораться, когда ЗУ обнаружено
- Красный – PWEN#, указывает, что необходимая мощность установлена
- Зеленый – SLEEP#, должен загораться при переходе USB в спящий режим.
Чип программируется с помощью официальной утилиты FT_Prog. Требуемая мощность установлена на 500 мА. И результаты получились следующими.
Тестирование с USB портом ПК
Сценарий 1. Подключаем к USB-порту работающего компьютера. Загорается зеленый светодиод (SLEEP#), затем все диоды находятся в отключенном состоянии. Windows начинает искать драйвер. Когда Windows начинает скачивать драйвер через Windows Update, загорается красный светодиод (PWEN#). Он продолжает гореть после установки драйвера.
Сценарий 2. При подключенной FT230XS переводим Windows в режим сна: красный светодиод (PWEN#) отключается, а зеленый (SLEEP#) загорается
Сценарий 3. Перезагружаем Windows: зеленый гаснет, красный загорается, что подтверждает активацию источника питания
Сценарий 4. Отключаем FT230XS, переводим Windows в режим сна, и вновь подключаем FT230XS: красный выключается, зеленый загорается, что указывает на нахождение в режиме сна
Сценарий 5. FT230XS остается подключенной, выключаем ПК: зеленый светодиод продолжает гореть, сообщая о нахождении в режиме сна
Сценарий 6. Отсоединяем FT230XS, выключаем ПК, подключаем FT230XS обратно: зеленый светодиод горит, значит имеем режим сна
Тестирование с USB ПК через USB-хаб с автономным питанием
То же что и в предыдущем случае.
Тестирование с USB ПК через USB-хаб с питанием от шины
Сценарий 1. Соединяем с хабом: зеленый горит, все остальные отключены, Windows показывает нижеследующее сообщение. Все светодиоды выключены. Это показывает, что Windows не удалось настроить устройство, так как порт USB не может обеспечить достаточный ток (500 мА).
Сценарий 2. При подключенной FT230XS переводим Windows в режим сна: зеленый светодиод загорается, что и доказывает нахождение в режиме сна
Сценарий 3. Перезагружаем Windows: все светодиоды выключены.
Сценарий 4. Отсоединяем FT230XS, переводим Windows в режим сна, вновь подсоединяем FT230XS: зеленый светодиод горит, значит спящий режим
Сценарий 5. При подключенной FT230XS, выключаем ПК: зеленый светодиод горит, значит спящий режим
Сценарий 6. Отсоединяем FT230XS, выключаем ПК, подключаем FT230XS обратно: зеленый светодиод горит, значит спящий режим
Тестирование с USB-зарядником
На нижеприведенном рисунке показаны 4 зарядника, над которыми проводились опыты.
Сценарий A. Подсоединяем FT230XS к USB-адаптеру питания от маршрутизатора TPLink (D+/D- закорочены). Загорается желтый светодиод (BCD#), значит, что зарядное устройство обнаружено.
Сценарий B. Подсоединяем FT230XS к USB-адаптеру питания от Amazon Kindle (D+/D- закорочены). Загорается желтый светодиод (BCD#), зарядное устройство обнаружено.
Сценарий C. Подсоединяем FT230XS к ЗУ от Apple iPhone (5В/1А). Загорается желтый светодиод (BCD#), зарядное устройство обнаружено.
Сценарий D. Подсоединяем FT230XS к ЗУ от Apple iPad (5В/2А). Загорается зеленый светодиод (SLEEP#), что говорит о режиме сна.
Сценарий E. Для симуляции подключения микросхемы к заряднику от Apple iPod на FT230XS было подано 5 В питания и 2 В на линии D+/D- через делитель напряжения. Загорается зеленый светодиод (SLEEP#), режим сна.
Сценарий F. Соединяем FT230XS с питанием 5 В (D+, D- висят). Загорается зеленый светодиод (SLEEP#), режим сна.
Результаты экспериментов объединены в одной таблице:
В итоге можно сказать, что для включения питания устройства можно было бы использовать PWEN или BCD, а для перехода в режим сна SLEEP. Однако такая логика работы не применима для зарядников iPad, iPod и для «тупого» USB-порта, потому что FT230XS не в состоянии отличить их от USB-хаба с питанием от шины.
Перевод © digitrode.ru