T∕TAF 083-2021 移動終端融合快速充電技術(shù)規(guī)范

1、ICS 33.050M 30團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/TAF 083-2021移動終端融合快速充電技術(shù)規(guī)范Universal fast charging specification for mobile devices2021-05-28 發(fā)布2021-05 -28 實(shí)施電信終端產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布T/TAF 083-2021目次前言III引言IV1 范圍12 規(guī)范性引用文件13 術(shù)語、定義和縮略語13.1 術(shù)語和定義13.2 縮略語34 通用要求45 電氣特性及時(shí)序要求45.1 概述45.2 電氣特性55.3 阻抗規(guī)則要求65.4 通信基本時(shí)序要求65.5 其它要求76 物理層76.1 概述76.2 物理通道實(shí)現(xiàn)

2、76.3 快充協(xié)議握手檢測86.4 物理層通訊機(jī)制116.5 循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）126.6 數(shù)據(jù)包格式136.7 總線沖突136.8 硬件復(fù)位167 協(xié)議層177.1 概述177.2 消息187.3 定時(shí)器307.4 計(jì)數(shù)器327.5 狀態(tài)機(jī)337.6 協(xié)議升級及兼容性要求358 應(yīng)用層368.1 概述368.2 策略控制368.3 鑒權(quán)428.4 供電設(shè)備信息上報(bào)428.5 供電設(shè)備保護(hù)438.6 線纜識別459 功率規(guī)則469.1 概述46I庫七七 標(biāo)準(zhǔn)下載9.2 輸出功率范圍規(guī)則469.3 輸出功率動態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)則479.4 輸出功率穩(wěn)態(tài)精度規(guī)則519.5 充電設(shè)備請求最大功率規(guī)則519

3、.6 故障處理規(guī)則52附錄 A（規(guī)范性）CRC-8 算法說明53附錄 B（規(guī)范性）線纜補(bǔ)償要求54附錄 C（規(guī)范性）線纜電子標(biāo)簽供電方式55附錄 D（規(guī)范性）UFCS 工作流程圖56附錄 E（規(guī)范性）UFCS 消息交互格式說明64附錄 F（規(guī)范性）SHA256 算法說明67參考文獻(xiàn)69II前言本文件按照 GB/T 1.1-2020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第 1 部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由電信終端產(chǎn)業(yè)協(xié)會提出并歸口。本文件起草單位：中國信息通信研究院、華為終端有限公司、OPPO廣東移動通信有限公司、維沃移

4、動通信有限公司、矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)（杭州）有限公司、瑞芯微電子股份有限公司、深圳立輝科技有限公司、昂寶電子（上海）有限公司、深圳電酷網(wǎng)絡(luò)科技有限公司、小米通訊技術(shù)有限公司、榮耀終端有限公司。本文件主要起草人：徐春瑩、趙曉昕、彭江、郭朋飛、林尚波、李宗健、王超、張加亮、陳棟、楊成軍、田晨、劉臻、張?jiān)?、史振寧、吳春雨、秦沖、文司華、王立龍、曾兵、王志強(qiáng)、姚倫慧、王彥騰、周海濱、羅九兵、嚴(yán)凱、周如生、孫長宇、張健、張明威、蘇遠(yuǎn)騰、張曉洪、魏華兵、李達(dá)寰。III引言近年來，終端快速充電技術(shù)迅速發(fā)展，尤其在充電速度、充電安全、充電智能管理方面提升顯著， 快充體驗(yàn)獲得了廣大用戶的廣泛認(rèn)可并已成為手機(jī)等智能終

5、端的標(biāo)配特性。但快充產(chǎn)業(yè)長期存在協(xié)議互不兼容的問題：不同品牌終端和適配器之間不能有效識別，只能實(shí)現(xiàn)較低功率的充電。一方面，用戶快充體驗(yàn)受到很大的制約和限制，不兼容問題成為用戶的一大痛點(diǎn)；另一方面，由于充電標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商研發(fā)通用快充電源芯片和配件的風(fēng)險(xiǎn)和成本相對高昂。技術(shù)制式的不統(tǒng)一也將妨礙終端綠色能源和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的長期發(fā)展。本文件面向用戶需求，制定移動終端的融合快速充電標(biāo)準(zhǔn)，解決互配快充不兼容問題，并作為快充技術(shù)長期演進(jìn)的基礎(chǔ)，促進(jìn)廠商快充技術(shù)在行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有終端的互通使用，同時(shí)指導(dǎo)和規(guī)范設(shè)備制造商（上下游產(chǎn)業(yè)鏈）的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)，為終端使用者創(chuàng)造快速、安全、兼容的充電使用環(huán)境。I

6、V移動終端融合快速充電技術(shù)規(guī)范1 范圍本文件規(guī)定了移動通信充電設(shè)備終端（以下簡稱“充電設(shè)備”）、電源供應(yīng)設(shè)備（以下簡稱“供電設(shè)備”）與連接線纜（以下簡稱“線纜”）之間實(shí)施快速充電的接口及融合快速充電技術(shù)規(guī)范（以下簡稱“UFCS”），以及充電設(shè)備、供電設(shè)備與線纜在該快速充電系統(tǒng)中的交互流程規(guī)范。本文件適用于采用有線連接方式的支持 UFCS 的充電設(shè)備、供電設(shè)備與線纜的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，同時(shí)也適用于支持 UFCS 的芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與應(yīng)用。2 規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

7、文件。電池充電規(guī)范(包含自 2012 年 3 月 15 日以來的勘誤和變更通知)，1.2 修訂版，發(fā)布日期 2012 年 3 月 15 日(Battery Charging Specification (Including errata and CNs through March 15, 2012) Revision 1.2, March 15, 2012)通用串行總線 C 型電纜和連接器規(guī)范， 2.0 修訂版(USB Type-C® Cable and Connector Specification Revision 2.0)安全散列標(biāo)準(zhǔn)（聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)出版物 180-2）(Se

8、cure Hash Standard (FIPS PUB 180-2)3 術(shù)語、定義和縮略語3.1 術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1.1 3.1.1快速充電模式 fast charging mode一個(gè)由供電設(shè)備、線纜和充電設(shè)備組成的充電系統(tǒng)，從初始充電狀態(tài)開始，至充電30分鐘，通過提高供電設(shè)備的輸出電壓或輸出電流，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入電池的平均電流大于等于3A或總充電量大于等于電池額定容量的60%的充電方式。3.1.2 3.1.2初始充電狀態(tài)initial charging status常溫條件下，充電設(shè)備耗電至自動關(guān)機(jī)，靜置30分鐘后，再次接入充電回路的瞬間狀態(tài)。3.1.3普通充電模式no

9、rmal charging mode供電設(shè)備額定輸出電壓為5V，額定輸出電流小于3A的充電模式，在此模式下供電設(shè)備輸出端口D+ 和D-短路。1T/TAF 083-20213.1.4快充供電設(shè)備fast charging power device能夠兼容普通充電模式和至少一種快速充電模式的供電設(shè)備。3.1.5快充充電設(shè)備fast charging device具有快速充電管理功能，能夠兼容普通充電模式和至少一種快速充電模式的充電設(shè)備。3.1.6快速充電電池fast charging battery能夠在快速充電系統(tǒng)中使用的電池。3.1.7快速充電系統(tǒng)fast charging system包含快

10、充供電設(shè)備、線纜及快充充電設(shè)備（含快充電池），并能夠在快充模式下進(jìn)行充電的系統(tǒng)。3.1.8數(shù)據(jù)幀data frame數(shù)據(jù)傳輸基本單元，包含 1 位數(shù)據(jù)傳輸起始位、8 位數(shù)據(jù)位、1 位數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束位。3.1.9數(shù)據(jù)包data packets協(xié)議層完整消息數(shù)據(jù)，包含 Training 字符、消息頭、消息主體、CRC 校驗(yàn)等數(shù)據(jù)幀。3.1.10供電設(shè)備source提供電能，并通過線纜與充電設(shè)備連接，比如電源適配器等。3.1.11充電設(shè)備sink通過線纜接收電能的設(shè)備，如移動終端、筆記本電腦等。3.1.12線纜cable用于連接供電設(shè)備和充電設(shè)備。線纜的兩端接口，可以都是USB Type-C接口；可以

11、一端是USB Type-A 接口，另一端是USB Type-C接口；也可以是其它的標(biāo)準(zhǔn)USB接口組合。線纜至少要支持VBUS、D+、D-、GND這四根信號線。如果線纜要支持UFCS的大功率充電模式，還需集成線纜電子標(biāo)簽。線纜電子標(biāo)簽的連接方式，請見6.2章節(jié)。2庫七七 標(biāo)準(zhǔn)下載T/TAF 083-20213.1.13廠家自定義鑒權(quán)vendor defined authenticationUFCS充電功率大于設(shè)定閾值時(shí)，設(shè)定閾值由廠商自定義，充電設(shè)備必須要執(zhí)行廠家自定義鑒權(quán)。廠家自定義鑒權(quán)算法采用SHA256，請參考附錄F及文獻(xiàn)3。3.1.14線纜電子標(biāo)簽cable electronic lab

12、el可以讀取該線纜的屬性：電源傳輸能力、數(shù)據(jù)傳輸能力、ID等信息的芯片。3.1.15通路阻抗path impedance供電設(shè)備輸出端到充電設(shè)備輸入端這個(gè)路徑上的阻抗。3.1.16UFCS 握手檢測UFCS handshake detectionUFCS握手檢測是指通過物理電平來識別UFCS握手的一個(gè)過程，具體參照6.3章節(jié)。3.1.17UFCS 識別檢測UFCS identificationUFCS識別檢測是指通過協(xié)議層指令來識別UFCS的一個(gè)過程，以確保能正確的識別UFCS并執(zhí)行UFCS 的指令，具體參照8.2.1.1章節(jié)。3.2 縮略語下列縮略語適用于本文件。CC：配置通道（Config

13、uration Channel）CDP：充電下行端口（Charging Downstream Port） CRC：循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（Cyclic Redundacy Check） DCP：專用充電端口（Dedicated Charging Port） D+：高電平數(shù)據(jù)線（Data+）D-：低電平數(shù)據(jù)線（Data-）D+OVP：高電平數(shù)據(jù)線過壓保護(hù)（Data+ Overvoltage Protection） D-OVP：低電平數(shù)據(jù)線過壓保護(hù)（Data- Overvoltage Protection） GND：地（電源負(fù)極）（Ground）LSB：最低有效位（Least Significant Bi

14、t） MSB：最高有效位（Most Significant Bit） OCP：過流保護(hù)（Over Current Protection） OTP：過溫保護(hù)（Over Temperature Protection） OVP：過壓保護(hù)（Over Voltage Protection） Rd+：D+串接阻抗（Resistance of D+）3庫七七 標(biāo)準(zhǔn)下載Rd-：D-串接阻抗（Resistance of D-） RX：串行數(shù)據(jù)接收（Receiver）SCP：短路保護(hù)（Short Circuit Protection）TRX：串行數(shù)據(jù)發(fā)送/接收（Transmitter & Receiver

15、） TX：串行數(shù)據(jù)發(fā)送（Transmitter）UFCS：融合快速充電技術(shù)規(guī)范（Universal Fast Charging Specification） USB：通用串行總線（Universal Serial Bus）USB Standard-A：通用串行總線A型（Universal Serial Bus A）USB Micro-B：通用串行總線Micro-B型（Universal Serial Bus Micro-B） USB Type-C：通用串行總線C型（Universal Serial Bus Type-C）UVP：欠壓保護(hù)（Under Voltage Protection） VB

16、US：總線電壓（電源正極）（Voltage Bus）4 通用要求移動終端融合快速充電技術(shù)規(guī)范（UFCS）中存在供電設(shè)備、充電設(shè)備和線纜三種類型的設(shè)備，設(shè)備之間通過 D+、D-通道以全雙工方式通信。如圖 1 所示。供電設(shè)備線纜充電設(shè)備協(xié)議層協(xié)議交互：基 線 聯(lián)盟擴(kuò)展 廠商自定義功率輸出線纜電子標(biāo)簽功率輸入應(yīng)用層應(yīng)用層協(xié)議層協(xié)議交互： 基線聯(lián)盟擴(kuò)展廠商自定義鑒權(quán)安全檢測VBUS物理層物理層接接口口D+安全檢測鑒權(quán)D-圖 1 整體框架物理層：充電協(xié)議實(shí)現(xiàn)的物理基礎(chǔ)，控制數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、CRC 運(yùn)算、插入/拔出檢測、協(xié)議握手檢測等，詳細(xì)情況見本文第 6 章節(jié)。協(xié)議層：連通供電設(shè)備和充電設(shè)備，進(jìn)行信息

17、交互，詳細(xì)情況見本文第 7 章節(jié)。應(yīng)用層-充電設(shè)備端：充電協(xié)議選擇、流程、調(diào)壓策略等；應(yīng)用層-供電設(shè)備端：功率調(diào)節(jié)，根據(jù)充電策略調(diào)整供電設(shè)備的輸出功率；詳細(xì)情況見本文第 8 章節(jié)。功率輸出/功率輸入：功率輸入輸出電路。接口：遵從 USB 相關(guān)規(guī)范定義2。5 電氣特性及時(shí)序要求5.1 概述本章節(jié)主要定義了通信的電平規(guī)則要求和阻抗規(guī)則要求，通過本章規(guī)則說明，可以保證協(xié)議通路的暢通及穩(wěn)定。45.2 電氣特性本協(xié)議以USB的D+、D-作為通信信號線，對于D+、D-的電平信息，本協(xié)議從供電設(shè)備側(cè)、充電設(shè)備側(cè)、線纜側(cè)分別定義說明。5.2.1 供電設(shè)備側(cè)信號線電平規(guī)則表 1 供電設(shè)備側(cè)輸入信號（D-）電氣規(guī)

18、范輸入最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值條件單位高電平1.403.303.85-V低電平-0.300.000.99-V注：- 表示不作限制。表 2 供電設(shè)備側(cè)輸出信號（D+）電氣規(guī)范輸出最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值條件單位高電平2.563.303.600uA Io -500uAV低電平0.000.000.50500uA Io 0uAV注 1：- 表示不作限制。注 2：正電流表示電流流入供電設(shè)備。注 3：負(fù)電流表示電流流出供電設(shè)備。充電設(shè)備側(cè)信號線電平規(guī)則表 3 充電設(shè)備側(cè)輸入信號（D+）電氣規(guī)范5.2.2 5.2.2輸入最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值條件單位高電平2.313.303.60-V低電平-0.300.000.99-V注：

19、- 表示不作限制。表 4 充電設(shè)備側(cè)輸出信號（D-）電氣規(guī)范輸出最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值條件單位高電平1.443.303.600uA Io -500uAV低電平0.000.000.50500uA Io 0uAV注 1：- 表示不作限制。注 2：正電流表示電流流入充電設(shè)備。注 3：負(fù)電流表示電流流出充電設(shè)備。5.2.3 線纜電子標(biāo)簽 IC 信號線中電平規(guī)則缺省狀態(tài)下,D+、D-均為接收功能，此時(shí)電平規(guī)則見表5和表6所示。5T/TAF 083-2021表 5 線纜電子標(biāo)簽 IC 輸入電氣規(guī)則輸入最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值條件單位高電平1.403.303.85-V低電平-0.300.000.99-V注：- 表示不

20、作限制。收到數(shù)據(jù)后，需要發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)發(fā)送端電平規(guī)則如表6所示，具體如何轉(zhuǎn)換角色見6.1章節(jié)所述。表 6 線纜電子標(biāo)簽 IC 輸出電氣規(guī)則輸出最小值標(biāo)準(zhǔn)值最大值條件單位高電平1.443.303.600uA Io -500uAV低電平0.000.000.50500uA Io 0uAV注 1：- 表示不作限制。注 2：正電流表示電流流入線纜電子標(biāo)簽。注 3：負(fù)電流表示電流流出線纜電子標(biāo)簽。5.3 阻抗規(guī)則要求表 7 信號通路阻抗規(guī)范阻抗名稱阻抗說明阻抗要求D+信號線阻抗D+串接阻抗 Rd+50D-信號線阻抗D-串接阻抗 Rd-50協(xié)議 IC 內(nèi)部阻抗IC 內(nèi)部D+、D-之間阻抗 Rin100總阻抗

21、Rd+ + Rd- + Rin200注:Rin 為 BC1.2 初始阻抗，D+/D-后斷開后，阻抗不小于 5M 。5.4 通信基本時(shí)序要求D+、D-作為協(xié)議的信號線，對信號線的時(shí)序要求如圖 2 所示，具體的參數(shù)指標(biāo)如表 8 所示。80%80% VOL20%20% VOL VOHtRisingtFalling圖 2 信號線纜時(shí)序要求表 8 信號線纜時(shí)序參數(shù)要求參數(shù)測試條件最小值典型值最大值單位上升時(shí)間（tRising）CL=200Pf,20%VOH80%VOH-1us下降時(shí)間（tFailing）CL=200Pf,80%VOH20%VOH-1us445.5 其它要求本文件定義的快充系統(tǒng)如圖 3 所

22、示，VBUS 兩端壓差要求500mV，GND 兩端壓差要求250mV，R1 和 R2 為線纜等效電阻。500mVR1250mVR2GND充電設(shè)備VBUSGND供電設(shè)備VBUS圖 3 VBUS 及 GND 端壓差要求6 物理層6.1 概述本章節(jié)主要定義了 UFCS 中設(shè)備連接的物理結(jié)構(gòu)、設(shè)備握手檢測、信令實(shí)現(xiàn)以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)等物理底層內(nèi)容，為UFCS 提供可靠的物理環(huán)境。6.2 物理通道實(shí)現(xiàn)RX2TX1供電設(shè)備線纜充電設(shè)備D-RXD+TXTXD-D-D+TX2 RX1RXD+圖 4 物理通道實(shí)現(xiàn)框圖本規(guī)范基于 D+D-數(shù)據(jù)通道進(jìn)行通信，如圖 4 所示。供電設(shè)備端 D+數(shù)據(jù)線為數(shù)據(jù)發(fā)送方、D-數(shù)

23、據(jù)線為數(shù)據(jù)接收方；充電設(shè)備端 D+為數(shù)據(jù)接收方、D-為數(shù)據(jù)發(fā)送方；線纜端 D+D-數(shù)據(jù)線均支持?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送與接收，初始狀態(tài)均為數(shù)據(jù)接收方，在下述條件下，D+D-角色將發(fā)生變化：a） 線纜電子標(biāo)簽初始狀態(tài)下，當(dāng) D+接收到線纜檢測指令時(shí)，D-引腳將切換為數(shù)據(jù)發(fā)送 TX，D+引腳為數(shù)據(jù)接收 RX；b） 線纜電子標(biāo)簽初始狀態(tài)下，當(dāng)D-接收到線纜檢測指令時(shí)，D+引腳將切換為數(shù)據(jù)發(fā)送 TX，D-引腳切換為數(shù)據(jù)接收 RX；c） 線纜電子標(biāo)簽初始狀態(tài)下，當(dāng) D+D-同時(shí)接收到線纜檢測指令時(shí)，D+引腳將切換為數(shù)據(jù)發(fā)送 TX， D-引腳為數(shù)據(jù)接收 RX；d） UFCS 模式下，當(dāng)接收到硬件復(fù)位命令時(shí)，D+D-恢復(fù)至

24、 RX 狀態(tài)。物理層的引腳描述見表9。表 9 通信引腳定義名稱PinPin 類型功能描述充電設(shè)備D-：TX輸出串行數(shù)據(jù)發(fā)送D+：RX輸入串行數(shù)據(jù)接收線纜D-：TRX1輸入/輸出串行數(shù)據(jù)發(fā)送/接收D+：TRX2輸入/輸出串行數(shù)據(jù)發(fā)送/接收供電設(shè)備D-：RX輸入串行數(shù)據(jù)接收D+：TX輸出串行數(shù)據(jù)發(fā)送6.3 快充協(xié)議握手檢測當(dāng)供電設(shè)備和充電設(shè)備通過線纜連接時(shí)，首先進(jìn)行 USB BC1.2 檢測1，檢測結(jié)果為 DCP 設(shè)備后，充電設(shè)備啟動快充協(xié)議握手檢測，詳細(xì)方案流程見圖 5、圖 6 和圖 7。供電設(shè)備在 DCP 狀態(tài)下，持續(xù)檢測充電設(shè)備是否啟動UFCS 握手檢測。開始NVBUS是否有電壓？YBC1.

25、2 DCP特性？是否滿足 NY檢測計(jì)數(shù)器=1D-輸出低電平，并持續(xù)tDet2檢測計(jì)數(shù)器遞增N是否檢測到D+為高電平？NNYD+檢測時(shí)間 tDpDet？Y檢測計(jì)數(shù)器 3？Y進(jìn)入U(xiǎn)FCS模式（切換到全雙工模式） 按照BC1.2標(biāo)準(zhǔn)流程執(zhí)行UFCS握手成功D-輸出低電平，持續(xù)tDet4以上；啟動D+高電平檢測；D-輸出高電平，持續(xù)tDet3；D-輸出高電平，并持續(xù)tDet1檢測到CDP或SDP或其他設(shè)備UFCS握手失敗D+D-進(jìn)入高阻狀態(tài)圖 5 充電設(shè)備 UFCS 握手檢測流程開始（DCP狀態(tài)）D-是否檢測到設(shè)定脈沖序列？Y釋放D+D-短接N 進(jìn)入U(xiǎn)FCS模式（切換到全雙工模式）圖 6 供電設(shè)備端

26、UFCS 握手檢測流程tWaitPingtDataRtDet1tDet2tDet3tDet4tSendPingwitcholeSUFCS握手成功D-D+圖 7 UFCS 快充握手檢測波形圖供電設(shè)備在DCP 狀態(tài)時(shí)，持續(xù)檢測 D-信號，一旦檢測到充電設(shè)備在 D-上發(fā)送預(yù)定序列后，斷開 D+D-， 并在 tDataRoleSwitch 時(shí)間內(nèi)將 D+D-引腳切換到 UFCS 模式，協(xié)議握手檢測成功。供電設(shè)備協(xié)議握手檢測成功，將 D+D-引腳切換到 UFCS 模式后，若在 tWaitPing 時(shí)間內(nèi)，未收到來自充電設(shè)備的指令，供電設(shè)備首先發(fā)送充電設(shè)備硬件復(fù)位命令，再主動復(fù)位至初始狀態(tài)。充電設(shè)備在設(shè)定

27、時(shí)間窗內(nèi)檢測到 D+上拉至高電平后，確認(rèn)協(xié)議握手檢測成功，在 tDataRoleSwitch 時(shí)間內(nèi)將 D+D-引腳切換到 UFCS 模式。充電設(shè)備在 tSendPing 時(shí)間內(nèi)需向供電設(shè)備發(fā)送 Ping 消息。充電設(shè)備在握手檢測第四信號開始時(shí)，啟動對 D+信號高電平檢測，若超出 tDpDet 仍未檢測到 D+ 上拉至高電平，則此次握手檢測失敗，可在 tdetRetry 時(shí)間內(nèi)重新啟動握手檢測，最多檢測 3 次。表 10 協(xié)議識別時(shí)序特性參數(shù)定義最小值典型值最大值單位tDet1握手檢測第一信號持續(xù)時(shí)間1.522.5mstDet2握手檢測第二信號持續(xù)時(shí)間6810mstDet3握手檢測第三信號持續(xù)

28、時(shí)間1.522.5mstDet4握手檢測第四信號持續(xù)時(shí)間6810mstDpDet充電設(shè)備持續(xù)檢測 D+是否上拉時(shí)間11-15mstdetRetry握手檢測失敗后，可啟動重試時(shí)間0-10mstSendping充電設(shè)備握手成功后，發(fā)送 Ping 消息時(shí)間-100mstWaitPing供電設(shè)備握手成功后，等待 Ping 消息時(shí)間110-120mstDataRoleSwitch數(shù)據(jù)引腳角色切換時(shí)間-1ms注：- 表示最小和最大值間的任何值。充電設(shè)備嘗試 3 次后，依舊未握手檢測成功，充電設(shè)備側(cè) D+D-恢復(fù)到初始狀態(tài)（高阻狀態(tài)）。6.4 物理層通訊機(jī)制6.4.1 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)物理層的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖8所示

29、。IdleStartbit<0>bit<1>bit<2>bit<3>bit<4>bit<5>bit<6>bit<7>STOPIdle圖 8 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)6.4.2 空閑狀態(tài)當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，信號線處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有信息傳送。后續(xù)圖表中使用“I”表示。6.4.3 開始位發(fā)出一個(gè)邏輯“0”信號，表示傳輸字符的開始。后續(xù)圖表中使用“S”表示。6.4.4 數(shù)據(jù)位每一幀數(shù)據(jù)包含8位邏輯“0”或“1”，在總線上先發(fā)送LSB，后發(fā)送MSB。6.4.5 結(jié)束位它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志，用1位

30、高電平來表示。后續(xù)圖表中使用“E”表示。6.4.6 波特率本規(guī)范中設(shè)備，需支持115200、57600、38400、19200bps四個(gè)波特率基準(zhǔn)檔位，其中115200 bps 為缺省支持檔位。在數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，首先以設(shè)定波特率發(fā)送Training序列（0xAA），如圖9所示，數(shù)據(jù)發(fā)送波特率誤差不超過基準(zhǔn)擋位的±10%，在同一個(gè)數(shù)據(jù)包內(nèi)，波特率相對誤差不超過±1%。IS01010101EI數(shù)據(jù)接收方接收數(shù)據(jù)包時(shí)，針對每個(gè)基準(zhǔn)檔位波特率，波特率誤差不超過±15%時(shí)，接收方需正常響應(yīng)；當(dāng)超過基準(zhǔn)擋位的±20%時(shí)，判定波特率錯(cuò)誤，不回復(fù)當(dāng)前信號。圖 9

31、 波特率 Training 字符數(shù)據(jù)接收方通過對Training字符的計(jì)算可獲得當(dāng)前接收數(shù)據(jù)包的波特率檔位以及當(dāng)前具體波特率值，當(dāng)前波特率僅用于當(dāng)前數(shù)據(jù)包接收，后續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率不跟隨接收數(shù)據(jù)包的波特率。當(dāng)發(fā)送方多次（至少5次）發(fā)送Ping消息，卻未接收到反饋信號（ACK或NCK）時(shí)，發(fā)送方需主動嘗試使用其他檔位波特率進(jìn)行通信。如，充電設(shè)備以115200 bps波特率發(fā)送Ping消息給供電設(shè)備，重試多次后仍未接收到反饋信號，則充電設(shè)備可將波特率更換為57600 bps重新發(fā)送Ping信號。若所有波特率檔位均嘗試失敗，數(shù)據(jù)發(fā)送方需主動發(fā)送硬件復(fù)位信號，退出UFCS模式。當(dāng)數(shù)據(jù)接收方接收到其他檔

32、位波特率Ping消息且CRC正確時(shí)，在后續(xù)消息發(fā)送時(shí)，應(yīng)選擇變更后的波特率發(fā)送消息。如充電設(shè)備與供電設(shè)備當(dāng)前通信波特率為115200bps，若供電設(shè)備接收到以57600 bps 波特率發(fā)送的Ping消息，則充電設(shè)備后續(xù)應(yīng)以57600bps波特率發(fā)送消息。6.4.7 數(shù)據(jù)傳輸6.4.7.1 發(fā)送空閑狀態(tài)時(shí)，線路處于高電平，當(dāng)收到發(fā)送指令后，拉低TX線路一個(gè)數(shù)據(jù)位（1 bit）的時(shí)間以啟動通信，接著數(shù)據(jù)按低位到高位依次發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，拉高TX線路一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)間以停止發(fā)送， 一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成。一幀數(shù)據(jù)中包含1 bit起始位、8 bit數(shù)據(jù)位、1 bit停止位。6.4.7.2 接收空閑狀態(tài)時(shí)，線

33、路處于高電平，當(dāng)檢測到線路的下降沿（高電平變?yōu)榈碗娖剑r(shí)說明線路有數(shù)據(jù)傳輸。按照約定的波特率從低位到高位接收數(shù)據(jù)，8位數(shù)據(jù)接收完畢后，線路拉高，一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成。一幀數(shù)據(jù)中包含1 bit起始位、8 bit數(shù)據(jù)位、1 bit停止位。為提高通信可靠性，增加數(shù)據(jù)幀超時(shí)保護(hù)功能。數(shù)據(jù)幀內(nèi)，超過tFrameReceive時(shí)間未收到結(jié)束位， 數(shù)據(jù)接收狀態(tài)機(jī)需恢復(fù)到初始狀態(tài)，以重新接收新的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀之間，超過tFrameReceive時(shí)間未接收到下一幀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收狀態(tài)機(jī)需恢復(fù)到初始狀態(tài)，以重新接收新的數(shù)據(jù)。表 11 數(shù)據(jù)幀內(nèi)超時(shí)參數(shù)定義名稱定義最小值典型值最大值單位tFrameReceive數(shù)據(jù)幀接收超

34、時(shí)時(shí)間500600700us6.5 循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）數(shù)據(jù)發(fā)送器會對消息頭和消息主體數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），得到一個(gè)字節(jié)CRC值，將其添加到每個(gè)數(shù)據(jù)包末尾，使用的多項(xiàng)式為：X8+ X5 + X3+1（0x29），CRC-8算法見附錄A。數(shù)據(jù)接收端需要計(jì)算接收的數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），并和數(shù)據(jù)包收到的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC） 字節(jié)進(jìn)行對比。6.6 數(shù)據(jù)包格式6.6.1 控制消息控制消息包由消息頭、控制命令和 CRC 校驗(yàn)組成，由高字節(jié)到底字節(jié)依次發(fā)送。ECRCSE控制命令SE消息頭-低SE消息頭-高SETrainingSIIIII圖 10 控制消息數(shù)據(jù)包格式6.6.2 數(shù)據(jù)消息S

35、TrainingEIS消息頭-高EIS消息頭-低EIS數(shù)據(jù)命令EI數(shù)據(jù)長度NEIS數(shù)據(jù)N-1ES數(shù)據(jù)0EISCRCE數(shù)據(jù)消息包由消息頭、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)和 CRC 校驗(yàn)組成, 由高字節(jié)到底字節(jié)依次發(fā)送。I圖 11 數(shù)據(jù)消息數(shù)據(jù)包格式6.6.3 廠家自定義消息STrainingEIS消息頭-高EIS消息頭-低EIS廠家ID-高EIS廠家ID-低EIS數(shù)據(jù)長度NEIS數(shù)據(jù)N-1ES數(shù)據(jù)0EISCRCE廠家自定義消息包由消息頭、廠家 ID、數(shù)據(jù)信息和 CRC 校驗(yàn)位組成，由高字節(jié)到底字節(jié)依次發(fā)送。I圖 12 自定義消息數(shù)據(jù)包格式6.7 總線沖突線纜電子標(biāo)簽D+D-引腳缺省為RX狀態(tài)，不主動發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)

36、供電設(shè)備和充電設(shè)備完成快充協(xié)議識別后，缺省由充電設(shè)備發(fā)起線纜識別流程，總線所有權(quán)如圖13、圖14所示，線纜識別流程如圖15、圖16 所示，具體步驟包括：a） 充電設(shè)備發(fā)送Start_Cable_Detect消息給供電設(shè)備，供電設(shè)備接收到該消息后，回復(fù)ACK和Accept消息，停止發(fā)送數(shù)據(jù)，將TX設(shè)置為高阻態(tài)，啟動RestartTransTimer；b） 充電設(shè)備收到Accept后，屏蔽硬件復(fù)位功能；c） 充電設(shè)備發(fā)送Get_Cable_Info指令給線纜，發(fā)送完畢后啟動SenderResponseTimer；d） 線纜接收到Get_Cable_Info指令后，在tDataRoleSwitch時(shí)

37、間內(nèi)將數(shù)據(jù)引腳切換D-為RX，D+為TX， 回復(fù)ACK指令給充電設(shè)備；e） 線纜回復(fù)Cable_Information消息給充電設(shè)備，啟動CableTransTimer；f） 充電設(shè)備接收到Cable_Information消息，發(fā)送硬件復(fù)位命令給線纜，線纜恢復(fù)至初始狀態(tài)； g）充電設(shè)備發(fā)送End_Cable_Detect消息給供電設(shè)備，供電設(shè)備接收到該消息后，回復(fù)ACK消息，TX恢復(fù)為上拉狀態(tài)，恢復(fù)正常通信功能；h）充電設(shè)備接收到ACK消息后，恢復(fù)硬件復(fù)位功能； i）線纜識別成功，進(jìn)入U(xiǎn)FCS快充流程。如果SenderResponseTimer溢出后，充電設(shè)備仍未接收到Cable_Infor

38、mation消息，則應(yīng)退出UFCS 線纜識別流程，嘗試其他方式識別線纜，具體步驟如下：a） 充電設(shè)備發(fā)送硬件復(fù)位命令給線纜，使線纜恢復(fù)至初始狀態(tài)；b） 充電設(shè)備發(fā)送End_Cable_Detect消息給供電設(shè)備，供電設(shè)備接收到該消息后，TX恢復(fù)為上拉狀態(tài)，恢復(fù)正常通信功能；c） 充電設(shè)備嘗試其他方式識別線纜；d） 識別成功，進(jìn)入U(xiǎn)FCS快充流程，若充電設(shè)備識別線纜失敗，充電設(shè)備發(fā)送Detect_Cable_Info 消息給供電設(shè)備，切換至供電設(shè)備獲取線纜信息，總線所有權(quán)如圖13、圖14所示，線纜識別流程如圖15、圖16所示。 TXTX TX恢復(fù)正常通信停止發(fā)送數(shù)據(jù)RXRXRXTXRXRX恢復(fù)至

39、默認(rèn)狀態(tài)RXRXRXRXRXRXTX初始狀態(tài)TX 充電設(shè)備與線纜通信TX充電設(shè)備與線纜通信完成， 恢復(fù)和供電設(shè)備通信供電D+設(shè)備D-線纜D+D-D+D-圖 13 總線所有權(quán)示意圖（充電設(shè)備檢測線纜）D+D-D+D-充電設(shè)備TXTXTXRXRXRXRXRXRX恢復(fù)至默認(rèn)狀態(tài)RXRXTXRXRXRX停止發(fā)送數(shù)據(jù)恢復(fù)正常通信TX初始狀態(tài)TX供電設(shè)備與線纜通信TX供電設(shè)備與線纜通信完成， 恢復(fù)和供電設(shè)備通信供電設(shè)備線纜充電D+設(shè)備D-圖 14 總線所有權(quán)示意圖（供電設(shè)備檢測線纜）開始充電設(shè)備發(fā)送Start_Cable_Detect指令給供電設(shè)備供電設(shè)備停止發(fā)送數(shù)據(jù)；啟動供電設(shè)備RestartTrans

40、Timer充電設(shè)備發(fā)送Get_Cable_Info給線纜充電設(shè)備啟動SenderResponseTimer充電設(shè)備收到線纜ACK指令？NYN充電設(shè)備收到線纜 Cable_Information？NSenderResponseTimer溢出？YY充電設(shè)備通過其他方式識別線纜？N線纜識別成功，進(jìn)入U(xiǎn)FCS快充流程Y充電設(shè)備、供電設(shè)備恢復(fù)通信，RestartTransTimer清零充電設(shè)備發(fā)送End_Cable_Detect給供電設(shè)備充電設(shè)備發(fā)送End_Cable_Detect給供電設(shè)備線纜恢復(fù)初始狀態(tài)線纜恢復(fù)初始狀態(tài)充電設(shè)備發(fā)送硬件復(fù)位消息給線纜充電設(shè)備發(fā)送硬件復(fù)位消息給線纜線纜D-切換為RX，D

41、+ 切換為TX充電設(shè)備線纜識別失敗，發(fā)送Detect_Cable_Info指令給供電設(shè)備充電設(shè)備、供電設(shè)備恢復(fù)通信，RestartTransTimer清零圖 15 充電設(shè)備線纜電子標(biāo)簽識別流程圖開始：接收到Detect_Cable_Info供電設(shè)備發(fā)送Start_Cable_Detect指令給充電設(shè)備充電設(shè)備停止發(fā)送數(shù)據(jù)；啟動充電設(shè)備RestartTransTimer供電設(shè)備發(fā)送Get_Cable_Info給線纜供電設(shè)備啟動SenderResponseTimer供電設(shè)備收到線纜ACK指令？NYN供電設(shè)備收到線纜 Cable_Information？NSenderResponseTimer溢出？

42、YYY供電設(shè)備通過其他方式檢測識別線纜？線纜識別成功，進(jìn)入U(xiǎn)FCS快充流程N(yùn)線纜識別失敗，判定當(dāng)前為普通線纜，進(jìn)入U(xiǎn)FCS快充流程供電設(shè)備發(fā)送Cable_Information給充電設(shè)備充電設(shè)備、供電設(shè)備恢復(fù)通信，RestartTransTimer清零充電設(shè)備、供電設(shè)備恢復(fù)通信，RestartTransTimer清零供電設(shè)備發(fā)送End_Cable_Detect給充電設(shè)備供電設(shè)備發(fā)送End_Cable_Detect給充電設(shè)備線纜恢復(fù)初始狀態(tài)線纜恢復(fù)初始狀態(tài)供電設(shè)備發(fā)送硬件復(fù)位消息給線纜供電設(shè)備發(fā)送硬件復(fù)位消息給線纜線纜D-切換為TX，D+ 切換為RX圖 16 供電設(shè)備線纜電子標(biāo)簽識別流程圖6.8

43、 硬件復(fù)位當(dāng)握手檢測成功后，如果數(shù)據(jù)總線出現(xiàn)異常，必須有相應(yīng)機(jī)制來復(fù)位總線及總線上的設(shè)備。通過將需復(fù)位設(shè)備的數(shù)據(jù)接收總線拉低設(shè)定時(shí)間以上來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的硬件復(fù)位，硬件復(fù)位命令定義如表12，復(fù)位信號波形如圖17、圖18和圖19所示。線纜電子標(biāo)簽、通過握手檢測的供電設(shè)備和充電設(shè)備，在接收到硬件復(fù)位命令時(shí)，必須復(fù)位相關(guān)狀態(tài)至初始狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備執(zhí)行發(fā)送硬件復(fù)位命令時(shí)，如果遇到上一個(gè)命令序列正在運(yùn)行中，會在上一個(gè)命令序列結(jié)束后，復(fù)位命令才開始下發(fā)。下列這些情況，供電設(shè)備和充電設(shè)備需發(fā)送硬件復(fù)位命令：a） 供電設(shè)備或充電設(shè)備發(fā)送Soft_Reset消息，未能在tACKReceive時(shí)間內(nèi)接收到對方回復(fù)的ACK

44、或NCK消息，并且重試了nMsgRetryCount次后仍未接收到對方回復(fù)的ACK或NCK消息、或者接受到對方回復(fù)NCK消息；b） 供電設(shè)備或充電設(shè)備發(fā)送Soft_Reset消息，在tACKReceive時(shí)間內(nèi)接收到對方回復(fù)的NCK消息， 并且重試了nMsgRetryCount次后仍接收到對方回復(fù)的NCK消息、或者未接收到對方回復(fù)的ACK或NCK消息；c） 供電設(shè)備或充電設(shè)備設(shè)置的看門狗定時(shí)器溢出；d） 充電設(shè)備向供電設(shè)備發(fā)出Request消息，接收到供電設(shè)備回復(fù)Accept消息。之后，如果在tPowerSupply內(nèi)，沒有接收到供電設(shè)備回復(fù)Power_Ready消息，或者供電設(shè)備輸出的電壓和

45、電流仍未達(dá)到要求；e） 其它通信異?；蛟O(shè)備工作異常的情況。tResetCable=1ms圖 17 線纜硬件復(fù)位命令tResetSource=2ms表 12 復(fù)位信號定義定義最小值典型值最大值單位tResetCable線纜復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間1000-ustResetSource供電設(shè)備復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間2000-ustResetSink充電設(shè)備復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間2000-us圖 18 供電設(shè)備硬件復(fù)位命令tResetSink=2ms圖 19 充電設(shè)備硬件復(fù)位命令7 協(xié)議層7.1 概述本章節(jié)主要定義了設(shè)備間通信的消息格式。根據(jù)設(shè)備及設(shè)備間信息交互的需求，協(xié)議層定義了三種消息類型，并定義了每種消息類型的具

46、體格式。協(xié)議層定義具體的消息，以及各消息的發(fā)送、響應(yīng)和執(zhí)行順序。為了保證消息傳輸?shù)目煽啃裕瑓f(xié)議層還定義了消息發(fā)送和接收的處理狀態(tài)和時(shí)序，以及異常的處理流程。協(xié)議層為應(yīng)用層提供命令和數(shù)據(jù)的發(fā)送接口，并將接收到的命令和數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用層處理。7.2 消息消息是供電設(shè)備、充電設(shè)備和線纜電子標(biāo)簽之間信息交互的基礎(chǔ)單元。7.2.1 消息格式消息的格式見圖20。消息頭（2字節(jié)）消息主體（1256字節(jié)）CRC（1字節(jié)）圖 20 消息格式a） 消息頭：長度為2個(gè)字節(jié)。在消息頭中，主要用于標(biāo)識消息的類型，UFCS協(xié)議的版本，以及尋址。詳情參考7.2.2章節(jié)。b） 消息主體：存放該消息具體的命令和數(shù)據(jù)，長度為125

47、6字節(jié)。c） CRC：對消息頭和消息主體兩部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC計(jì)算。使用CRC-8算法，得到一個(gè)字節(jié)的CRC值。CRC-8算法見附錄A。7.2.2 消息頭消息頭的長度為 2 個(gè)字節(jié)。發(fā)送的時(shí)候，先發(fā)送高字節(jié)（bit15bit8），再發(fā)送低字節(jié)（bit7bit0）。定義見表 13：表 13 消息頭定義Bit(s)定義描述1513設(shè)備地址001b: 供電設(shè)備010b: 充電設(shè)備011b: 線纜電子標(biāo)簽其它：保留129消息編號參考(2)描述83協(xié)議版本編號000001b:初始版本 1.0其它：保留20消息類型000b:控制消息001b:數(shù)據(jù)消息010b:自定義消息其它:保留a） 設(shè)備地址: 設(shè)備地址

48、用于標(biāo)識消息的接收者，設(shè)備據(jù)此判斷是否接收和處理該消息。b） 消息編號：發(fā)送者建立一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)器MsgNumberCounter，從0到15循環(huán)計(jì)數(shù)。發(fā)送者對其發(fā)送的每一條消息，取MsgNumberCounter當(dāng)前值賦予消息頭的消息編號。供電設(shè)備和充電設(shè)備上電、硬件復(fù)位或軟件復(fù)位后，MsgNumberCounter必須清零。當(dāng)正確接收到消息的接收者返回的ACK，或者是當(dāng)前發(fā)送的消息超出了重發(fā)的最大次數(shù) nMsgRetryCount 后， 消息的發(fā)送者將MsgNumberCounter增加1。c） 協(xié)議版本：UFCS的協(xié)議版本。d） 消息類型：定義了當(dāng)前協(xié)議支持的幾種類型。詳情見后續(xù)章節(jié)。7.

49、2.3 控制消息控制消息的結(jié)構(gòu)見圖 21：消息頭（2字節(jié)）控制命令（1字節(jié)）CRC（1字節(jié)）圖 21 控制消息結(jié)構(gòu)控制消息的消息頭中，消息類型必須為 000b，其后緊跟一個(gè)字節(jié)的控制命令。控制命令的定義見表 14：表 14 控制命令定義編號控制命令發(fā)送者接收者0x00Ping供電設(shè)備/充電設(shè)備供電設(shè)備/充電設(shè)備/線纜電子標(biāo)簽0x01ACK供電設(shè)備/充電設(shè)備/線纜電子標(biāo)簽供電設(shè)備/充電設(shè)備/線纜電子標(biāo)簽0x02NCK供電設(shè)備/充電設(shè)備/線纜電子標(biāo)簽供電設(shè)備/充電設(shè)備/線纜電子標(biāo)簽0x03Accept供電設(shè)備/充電設(shè)備供電設(shè)備/充電設(shè)備0x04Soft_Reset供電設(shè)備/充電設(shè)備供電設(shè)備/充電設(shè)備/線纜電子標(biāo)簽0x05Power_Ready供電設(shè)備充電設(shè)備0x06Get_Output_Capabilities充電設(shè)備供電設(shè)備0x07Get_Source_Info充電設(shè)備供電設(shè)備0x08Get_Sink_Info供電設(shè)備充電設(shè)備0x09Get_Cable_Info供電設(shè)備/充電設(shè)備線纜電子標(biāo)簽0x0AGet_Device_In