Micro USB故障引发的USB电源适配器学习

caroline11

无伤大雅的小故障有时也会发展为较大的工程师练习和学习的机会。有一天，我在后院的露天平台上看书，书名是《冰与火之歌》系列中的册《权力的游戏》。确切地说，我是在谷歌的Nexus 7(2013版)平板电脑上用Kindle应用看这本书。刺眼的太阳光(很少见，至少这个夏天还很少见)照得我看不清LCD屏，因此我跑到室内想拿Kindle Keyboard阅读器出来看书。但我很受打击，因为这个电子书阅读器已经完全没电了。

阅读器配套的USB转Micro USB充电线深藏在我的公文包内，因此我顺手抓起了桌上放着的、近才买的三星5英尺电缆。我把这根线的一头连接阅读器，另一头插进同样就在手边的苹果10W USB电源适配器，结果……什么事也没发生。

Kindle Keyboard阅读器底部的橙色(表示充电，电充满后变绿色)LED并没有点亮，电子墨水屏也没有任何指示。我又尝试用另外两个多端口USB充电器来给三星电缆加上Kindle Keyboard组合进行充电，一个是提供1A和2A输出选项的Orico DCT-5U，它提供OTG(便携式)兼容端口对：

图1

另一个是Sabrent AX-U5PB，通常它的5个USB端口每个都能提供2A电流。

图2

这两款充电器的端口都不起作用，这不禁让我怀疑手边的电缆有问题。然而我有种预感，我把三星电缆连到我的两个安卓智能手机上，一个是HTC One M7，另一个是摩托罗拉的代Moto X……它们都愉快地正在很好地充电，不管是用三个电源适配器中的哪个，也不管选用多端口中的哪个电流输出选项，都能正常充电。

难道我的Kindle Keyboard坏了？也没有，因为我把原配的电缆从公文包中找出来给它充电是好好的。难道这根电缆有什么特殊之处？我同时购买的另外4条三星普通电缆都可以正常使用。这根特定的三星电缆对Kindle Keyboard来说可能存在某些缺陷。在我写这篇文章之时A4C正在给这条电缆换货，但我仍然非常好奇。

我所学的知识并没有让我得出任何明确的结论，但使我对USB电源适配器以及需要充电的设备的设计师肃然起敬。首先，作为提醒，USB硬件标准通常是带屏蔽的四线配置：一对双绞线用于半双工差分数据(USB 3.0另外增加了两对双绞线，用于支持全双工和更高的速度)，一根5V电源线，一根地线。Micro USB连接器增加了第5个“ID”引脚用于支持OTG，该引脚在主机侧接地，在设备侧处于悬浮状态。

我初怀疑三星电缆中的5V线可能无法提供足够的电流给Kindle Keyboard充电。事实上，所用的线缆直径会显著影响充电速度和数据传输带宽；的消费电子评论网站Wirecutter专门根据这些特定的参数对各种线缆进行了测试和分类。但鉴于我的两部安卓智能手机都能使用这同一根电缆正常充电(没有弹出充电缓慢的告警消息)，我怀疑5V线是罪魁祸首。互联网上涉及这个主题的参考意见提醒我注意电缆外壳的线径标志；但我的电缆上没有线径标志，倒是在这根长5英尺的电缆上重复多次出现了以下的字母数字组合(???代表我不认识的符号)：

B239426-C5 ??? AWM 21100 80oC 30V VW-1 ...... C??? I/II A 80oC 30V FT1 HONGLIN NON-PVC

我从概念上早就知道，在次通过电缆连接时，充电器和设备会进行初始协商过程，用来确定设备的可接受的电流消耗以及充电器可能的输出电流。我认为这个握手过程本质上是模拟的(并且基于5V线)；设备会测量充电器是否能够输出设备“接收器”能够接受的电流，如果不能，会根据“更低”的可用电流量作出评估和调整。

基于数据线的情况则更加复杂，这也解释了为何我过去经历过其它一些充电器+电缆+设备组合无法成功实现充电的情形。我引用下述文字进行说明：
设备制造商竞争激烈，目前还没有一个标准的协商过程——有点类似于讲六国语言。

苹果从iPhone开始——因为初的USB规范对高速电池充电没有设立标准，因此苹果提出了自己的“电子签名”方案。

如果一部iPhone或iPad遇到D+线是2.0VDC、D-线是2.7VDC的USB端口，那么它就会判定这个端口是可以提供1000mA电流的苹果iPhone(DCP)充电器。如果电压反过来(D+/D-线分别是2.7V/2.0V)，那么它一定是可提供2000mA的iPad充电器。

但事情至此还没有结束。虽然USB论坛发布了一个通用的“签名”标准，但其它制造商提出了他们自己的签名方案，因此目前市场上至少有6种D+/D-签名方案：
·2.0V/2.0V – 低功耗(500mA)
·2.0V/2.7V – Apple iPhone (1000mA/5watt)
·2.7V/2.0V – Apple iPad (2100mA/10watt)
·2.7V/2.7V – 12watt (2400mA, 可能是黑莓在使用)
·D+/D- 短路在一起 – USB-IF BC 1.2 标准
·1.2V/1.2V – 三星设备

目前，前面4种基于电阻的电压检测方案被认为是“传统”模式，而我们相信所有新设备会使用基于芯片的检测方法。

然而，由于市场上有成千上万的“传统”设备(以及更多的交流适配器)，这些方案仍必须认真应对。像TI公司的TSP2514 和TSP2543、Microchip公司的USB2534以及意法半导体公司的STCC5011都可以处理这些多种多样的签名组合。

因此如果我必须要赌一把的话，应该是两根数据线中的一根有问题，要么就是电阻高了(为电缆的5英尺长度所累)，要么完全开路，或者跟另一个短路了。安卓的智能手机能够轻松处理这种被改变的线缆情形，但Kindle Keyboard看不到要找的东西，因此完全放弃了充电企图。我猜想如果我用这根不好的电缆在安卓手机间传送数据，而不是给它们充电，其结果也不会好到那儿去。