¿Cuál es la forma ideal de manejar los pines de datos D + y D- en un adaptador de corriente USB para que sea compatible con la carga rápida en dispositivos?

Descubrí que muchos cargadores de pared USB usan un divisor de voltaje resistivo para configurar los pines D + y D- a un voltaje específico, generalmente entre 2 y 3 voltios. Otros cargadores de pared USB acortan los pines D + y D- sin conexión a nada más. Según mi experiencia, algunos dispositivos no aceptarán una velocidad de carga superior a 500 mA en los cargadores que usan los divisores de voltaje, pero cargarán hasta su entrada máxima en un cargador con los pines de datos en corto. He leído cosas que sugieren que lo contrario también puede ser cierto, pero no he podido verificarlo. Espero descubrir qué método proporciona la mejor compatibilidad con todos los dispositivos USB.

¿Cuál es la forma ideal de manejar los pines de datos D + y D- en un adaptador de corriente USB para que sea compatible con la carga rápida en dispositivos? ... espero descubrir qué método proporciona la mejor compatibilidad con todos los dispositivos USB.

Es para fines prácticos imposible hacer un cargador verdaderamente universal utilizando cualquier combinación de inmutable pantalones cortos o resistencias en las líneas de datos del cargador USB o dispositivo de destino PORQUEEstá compitiendo con fabricantes que intentan evitar que haga exactamente lo que está tratando de hacer. Por ejemplo, Apple implementa una serie de esquemas de control de carga utilizando varias combinaciones de divisores de resistencia, dispuestos de modo que solo una fuente de alimentación "coincidente" y el equipo objetivo funcionen juntos. Si bien podrían argumentarse que tales disposiciones permiten un rendimiento de carga óptimo, no es obvio cómo este puede ser el caso de las baterías de iones de litio / polímero de litio y muchos otros fabricantes pueden lograr un grado de control de carga más que adecuado sin usar tales técnicas A continuación se proporciona un ejemplo de uno de estos arreglos de Apple.

Sin embargo, siguiendo los pasos de otros que ya han investigado esta área, puede lograr un compromiso razonablemente bueno.

Muchos fabricantes no publican especificaciones de sus arreglos personalizados y lo mejor que puede hacer es analizar sus productos usted mismo o aprender de aquellos que ya lo han hecho y que amablemente ponen a disposición sus conocimientos.

Una de esas fuentes es la documentación del cargador USB Lady ADA / ADA fruit Mintyboost.
¡Esto es más una saga que un tutorial! :-). Puede comenzar al final y retroceder para encontrar cómo la última versión utiliza lo que saben para maximizar la compatibilidad del inicio en las cuentas iniciales y seguir su camino de desarrollo. Ambos enfoques son válidos según cuánto desee saber.

Página de inicio de Mint Boost
Descripción general
Recorrido por el proceso de diseño - de valor para los diseñadores

Aquí Los misterios de la carga de dispositivos Apple le informa sobre, bueno, los misterios de la carga de dispositivos Apple, y algún otro material útil en el camino.

Ugh / Wow! - Una disposición de resistencia de Apple. Esto es de un cargador oficial de iPhone 3GS:

Aquí está su lista de compatibilidad de la versión 2 que vale la pena ver si está buscando una solución universal, ya que enumera una serie de ejemplos en los que el cargador estándar NO funciona pero donde un "corte de cable" le permite funcionar total o parcialmente.

por ejemplo, lo anterior lo lleva a casos especiales como el "pirateo" de la serie Samsung D aquí o las modificaciones del RAZR V3 aquí

Aquí hay una lista de resultados utilizando la versión 3 Minty Boost con una variedad de teléfonos celulares.
Si emula su interfaz, debería ser capaz de lograr una compatibilidad similar.

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Actualización - finales de 2016:

Controladores de puerto de carga dedicado USB:

El usuario de SE florisla ha notado la existencia de 'nuevos' circuitos integrados destinados a proporcionar capacidades de puerto de carga USB dedicado. Señala como ejemplo el controlador de puerto de carga dedicado USB TPS2513A-Q1, TPS2514A-Q1 de TI
"

La mejor manera de resumir sus capacidades es echar un vistazo al resumen que figura en su hoja de datos: consulte a continuación:

Encontré que esta página responde a su pregunta claramente. Cito las partes relevantes a continuación.

El BC1.2 describe tres tipos distintos de puerto USB y dos nombres clave. Un puerto de "carga" es uno que entrega corrientes superiores a 500 mA. Un puerto "aguas abajo" señala datos según USB 2.0. La especificación BC1.2 también establece cómo debe aparecer cada puerto para el dispositivo final y el protocolo para identificar qué tipo de puerto se implementa. Los tres tipos de puerto USB BC1.2 son SDP, DCP y CDP (consulte la Figura 1):

1. Puerto estándar aguas abajo (SDP) Este puerto presenta resistencias pulldown de 15kΩ en las líneas D + y D-. Los límites de corriente son los discutidos anteriormente: 2.5 mA cuando está suspendido, 100 mA cuando está conectado y 500 mA cuando está conectado y configurado para una mayor potencia.
2. Puerto de carga dedicado (DCP) Este puerto no admite ninguna transferencia de datos, pero es capaz de suministrar corrientes de carga más allá de 1.5A. Presenta un corto entre las líneas D + y D-. Este tipo de puerto permite cargadores de pared y cargadores de automóviles con alta capacidad de carga sin la necesidad de enumeración.
3. Puerto descendente (CDP) Este puerto permite la carga de alta corriente y la transferencia de datos totalmente compatible con USB 2.0. Cuenta con las resistencias pulldown de 15kΩ necesarias para la comunicación D + y D-, y también tiene un circuito interno que se conecta durante la fase de detección del cargador. Este circuito interno permite que el dispositivo portátil distinga un CDP de otros tipos de puertos.

Incluso con la especificación BC1.2 disponible, algunos fabricantes de electrónica desarrollan protocolos personalizados para sus cargadores dedicados. Cuando conecta uno de sus dispositivos a un puerto de carga BC1.2 totalmente compatible, aún puede recibir el mensaje de error "La carga no es compatible con este accesorio". A pesar de este mensaje, estos dispositivos aún pueden cargarse, pero las corrientes de carga pueden ser extremadamente pequeñas. Afortunadamente, casi todos estos cargadores dedicados patentados se identifican por un nivel de CC establecido en las líneas D + y D- por un divisor de resistencia entre 5V y tierra

Comentario agregado:
Uno podría considerar que los niveles de señal de datos son 0.0–0.3 V para lógica baja, y 2.8–3.6 V para lógica alta. Sin una red de división de voltaje en dos pines de datos en corto, el voltaje en ellos es libre de flotar. A pesar de que los cables de datos retorcidos proporcionan cierto blindaje contra las señales electromagnéticas perdidas, aún pueden inducir voltajes impredecibles en la línea. Por otro lado, una red de división de voltaje sujeta el voltaje a una seguridad de 2.5v.

Para obtener más detalles, consulte la página de origen o eche un vistazo al PDF de USB.org que describe la especificación USB Battery Charging BC 1.2

Actualización 2017:

No hay una manera ideal de manejar los pines de datos USB para proporcionar compatibilidad y "carga rápida". Podría haber muchos cargadores diferentes, y hay muchos dispositivos / teléfonos / tabletas USB que necesitan cargarse. Históricamente hubo dos enfoques:

1. El dispositivo es un "dispositivo inteligente". Intenta detectar varias firmas del puerto al que está conectado y selecciona el modo de carga adecuado para sí mismo. Obviamente, el dispositivo hace esto secuencialmente y lleva tiempo superar los tiempos de espera.

2. El puerto de carga es un puerto inteligente. Esta idea se implementó en algunos chips TI y centros SMSC / Microchip. La idea para el puerto de carga es / era afirmar diferentes firmas de puertos de carga (Apple 2 / 2.7V, Sony, secuenciación por BC1.1, BC1.2 o cargador dedicado / estándar de China, etc.) una a la vez. Nuevamente, dado que no había forma de tener una respuesta confiable de que la firma del cargador es la correcta para un dispositivo en particular (aparte de medir la corriente suministrada / consumida), la secuenciación lleva mucho tiempo, necesita restablecimientos de encendido y apagado de VBUS, Además, la batería de un dispositivo USB puede estar en varios estados de carga diferentes (inactiva, débil, totalmente cargada, etc.), la corriente consumida no puede ser un indicador confiable de nada, el tiempo de espera del sistema se vuelve indeterminado, por lo que la búsqueda El algoritmo / switch no puede producir nada bueno.

Los problemas reales ocurren cuando tanto el puerto como el dispositivo intentan ser "inteligentes". Entonces todo se arruina y todas las apuestas se cancelan.

Las especificaciones de carga de batería USB 1.2 intentaron imponer una restricción: el puerto es pasivo, y el dispositivo inicia una firma secuencial y mide la respuesta del puerto, y solo entonces el dispositivo pasa al modo de consumo completo (si lo necesita). El límite fue VBUS = 5V.

El método QualComm QC (carga rápida) fue un paso más allá y permite aumentar el voltaje USB predeterminado de 5V a 9, 12, 15 y 20V. Después de que el dispositivo establece una secuencia de señalización de bajo nivel en D + / D-, luego le indica al cargador qué nivel de voltaje puede aceptar al afirmar ciertas combinaciones de voltajes de CC en los cables D + y D-. Es un método muy simple.

Las nuevas especificaciones de USB Power Delivery proporcionan medios para que un puerto y un dispositivo sean realmente inteligentes. La especificación inicial requería un protocolo en serie sobre VBUS (para que esto ocurra, el VBUS debe estar libre de desacoplamiento capacitivo pesado). Esta especificación ahora se abandona en PD Rev3.0 con el advenimiento del conector tipo C, y la negociación entre los roles de alimentación de los puertos y dispositivos (productores y consumidores) se realiza a través de un cable CC (canal de comunicación) dedicado.

Además de las negociaciones PD completas, los cables Tipo-C deben tener marcadores electrónicos, pequeños circuitos integrados en uno de los sobremoldes, que deberían aconsejar a los consumidores (sumideros) y productores (fuentes) sobre la cantidad de corriente que puede manejar un cable en particular. [Todos los cables USB3.1 CC deben tener los eMarkers integrados, pero aún no he visto ninguno en el mercado abierto].

Al momento de escribir este artículo (enero de 2017), cada departamento de electrónica (incluido Walmart) podría tener aproximadamente el 20% (1 de 5) cargadores con funcionalidad de control de calidad y ninguno con funcionalidad de PD. Tengo un presentimiento de que esta proporción no cambiará.

En resumen, la firma del puerto de carga más compatible parece ser de estilo chino, con D + / D- en cortocircuito y flotando en relación con GND y VBUS.