В последние несколько лет наблюдается рост использования разъема USB Type-C. Это одновременно сопровождалось дополнительными технологическими инновациями. Это создало потребность в устройствах и инструментах для контроля связи через разъем, в частности, аспекта подачи питания (USB-PD). В то время как дорогостоящие анализаторы протоколов USB удовлетворяют требованиям компаний, занимающихся разработкой кремниевых микросхем и низкоуровневого оборудования, они непрактичны для людей, стремящихся оптимизировать свои проекты микроконтроллеров, любителей, энтузиастов и даже конечных пользователей.
Гугл Твинки (разработан в 2014 году) был оригинальным USB-PD Sniffer. С тех пор многие устройства пытались воспроизвести хотя бы некоторые функции более удобным для пользователя способом. Однако ни один из них не смог сравниться с гибкостью Twinkie для продвинутых пользователей. В отличие от Twinkie, эти конструкции также мешали обычному обмену данными при отслеживании передачи энергии. KM003C от ChargerLAB является одним из последних решений премиум-класса в списке, и оно отвечает многим требованиям, которых нет у других решений. Фактически, он идет на шаг дальше, чем Twinkie, также поддерживая спецификации EPR (расширенный диапазон мощности, до 240 Вт).
Одним из ключевых преимуществ Google Twinkie является наличие оболочки по последовательному порту, через которую можно настроить работу. Это позволяет конечным пользователям разрабатывать собственные сценарии и приложения для отслеживания различных параметров. В AnandTech мы используем Plugable USBC-TKEY (версия Google Twinkie для розничного рынка) для отслеживания профиля энергопотребления USB-устройств с питанием от шины с 2016 года. После более чем 7 лет службы USBC-TKEY начал показывать свой возраст, побуждая нас искать альтернативу. Изучив характеристики ChargerLAB KM003C, мы решили попробовать и купили его, чтобы посмотреть, сможет ли он заменить USBC-TKEY в нашем рабочем процессе.
ChargerLAB предоставляет приложение с закрытым исходным кодом только для Windows, чтобы раскрыть расширенные функции KM003C (помимо того, что представлено на дисплее устройства). Компания также предоставляет документацию по своим API на китайском языке. В этом обзоре подробно рассматриваются особенности зарядного устройства ChargerLAB KM003C. В нем также подробно описаны наши попытки использовать их API для воспроизведения функциональности Google Twinkie для варианта использования AnandTech.
Введение и впечатления от продукта
Спецификации USB быстро обновлялись с момента появления разъема Type-C. Скорость передачи данных увеличивается, а последние версии позволяют даже инкапсулировать трафик PCIe. В то же время USB-IF также предусмотрел необходимость гибкости при передаче различной мощности от хоста к устройству и наоборот. Для этого также были разработаны спецификации USB-PD (подача питания). Последняя версия — USB-PD 3.1 — поддерживает уровни мощности 140 Вт, 180 Вт и 240 Вт. Спецификации PD также допускают передачу энергии либо от хоста, либо от устройства. Все эти возможности обеспечиваются процессом подтверждения подачи питания между устройствами по обе стороны кабеля. По мере того, как стандарты подачи питания развиваются как с точки зрения возможностей, так и с точки зрения гибкости, на рынке возникла потребность в устройствах, которые могут предоставлять пользователям и разработчикам обратную связь о процессе квитирования PD и его результатах.
Анализаторы USB-протокола также включают поддержку анализа процесса установления связи PD. Разработчики микросхем и аппаратного обеспечения низкого уровня используют их, но обычно они очень дороги (поскольку они также поддерживают отслеживание и отладку высокоскоростной передачи данных). Процесс квитирования PD происходит на относительно низкой скорости (около 300 кГц) по проводу CC (канал управления) и не требует высокоскоростного мониторинга сигнала. На рынке существует множество недорогих устройств, которые подключаются к контактам CC1 и CC2 для предоставления информации о процессе установления связи PD конечному пользователю.
Снифферы подачи питания также должны контролировать напряжение и токи на VАВТОБУС и ВПОДКЛЮЧЕНИЕ булавки. Усовершенствованные снифферы позволяют вводить пакеты питания на контакты CC, а также размещать оконечные сопротивления. С точки зрения измерения мощности интересны VАВТОБУС и ВПОДКЛЮЧЕНИЕ. Первый несет питание по шине для устройств (и, в некоторых случаях, для схем в самом кабеле). Напряжение может варьироваться от 5 В для типичных хостов/устройств USB 2.0 до 48 В для сценариев USB-PD. ВПОДКЛЮЧЕНИЕ, с другой стороны, всегда устанавливается на 5 В и может обеспечивать мощность до 1 Вт для цепей внутри вилки. Эти схемы могут включать в себя кабели с электронной маркировкой или даже быть аксессуарами.
На приведенной выше схеме выводов показана дифференциальная пара D+/D-, которая используется только для трафика USB 2.0. Встроенный сниффер подачи питания может сократить путь, полностью исключая путь передачи данных USB 2.0. То же самое можно сделать для пар TX/RX, отвечающих за более высокую скорость передачи данных в USB 3.x/USB4/Thunderbolt 3+. Несмотря на то, что есть некоторые законные варианты использования для передачи только питания через USB-кабель, большинство пользователей, использующих встроенный сниффер подачи питания, хотят, чтобы трафик данных оставался нетронутым. К сожалению, большинство недорогих снифферов на рынке выбирают легкий путь, полностью игнорируя путь передачи данных.
Комплект поставки ChargerLAB KM003C и набор функций
ChargerLAB / Power-Z KM003C продается в основном как USB-тестер ЧР и поставляется в неописуемой коробке. На задней этикетке указаны высокоуровневые характеристики с точки зрения поддерживаемого диапазона напряжения и тока, а также протоколов быстрой зарядки. Также предоставляются контактные данные для поддержки и деловых вопросов.
Внутри упаковки у нас есть алюминиевый ящик для хранения с тестером ЧР, помещенным в пенопластовую оболочку для защиты, когда устройство не используется. Штыревой порт Type-C также имеет защитную крышку. QR-коды со ссылками на YouTube и Telegram-каналы ChargerLAB находятся на прилагаемой визитной карточке.
ChargerLAB / Power-Z KM003C — это встроенное устройство, размещаемое между портом, обращенным вниз (DFP) хоста, и портом, обращенным вверх (UFP) устройства. Любой компонент может выступать в качестве источника и приемника с точки зрения доставки энергии. Он используется для определения напряжения и тока, тестирования возможностей подачи питания, тестирования кабелей для электронных маркеров, обнаружения протоколов быстрой зарядки и других подобных тестов.
Сам KM003C представляет собой прямоугольный кусок алюминия (размерами 36,5 мм x 35,5 мм x 8,7 мм, весом 16,5 г) с портом типа C в качестве UFP и гнездом типа C в качестве DFP. Он оснащен ярким 1,54-дюймовым IPS-экраном с разрешением 240 x 240, который предоставляет информацию о V в режиме реального времени.АВТОБУСяАВТОБУС, энергопотребление, протокол зарядки (если применимо) и напряжения на разных линиях разъема. Продукт также оснащен HID-портом Type-C, который можно использовать для подключения к ПК для записи данных и дальнейшего анализа. На продукте есть физические кнопки, которые позволяют пользователю перемещаться по меню, настраивать различные параметры тестирования, устанавливать частоту дискретизации и т. д.
Физические кнопки на KM003C (порт HID находится на лицевой стороне напротив кнопок)
KM003C может выполнять некоторые основные операции с питанием, подаваемым через V.ПОДКЛЮЧЕНИЕ линии, но требует подключения к питанию через HID-порт для полноценной работы. Типичное энергопотребление самого KM003C составляет около 75–250 мВт. Он также включает в себя суперконденсатор, который обеспечивает безопасное отключение (гарантируя, что данные в полете будут сброшены в постоянное хранилище) и дисплей остается активным в течение примерно пяти секунд после отключения питания.
ChargerLAB также включает в себя программное обеспечение с закрытым исходным кодом только для Windows для построения графиков и сохранения записанных параметров на ПК для дальнейшей обработки.
Сравнение ChargerLAB KM003C с подключаемым USBC-TKEY
Google Twinkie/Plugable USBC-TKEY и ChargerLAB KM003C концептуально схожи в том, что они оба являются анализаторами/тестерами USB PD. Однако различия свидетельствуют об успехах, достигнутых в области USB в период с 2014 по 2022 год, а также отражают эволюцию требований конечных пользователей в этой области.
Ключевое отличие заключается в характеристиках мощности. Google Twinkie / Plugable USBC-TKEY может поддерживать только до 20 В / 5 А на VАВТОБУС линий из-за ограничений используемой микросхемы АЦП цифрового контроля мощности. KM003C может поддерживать до 50 В / 6 А (полные спецификации USB-PD 3.1, с EPR до 240 Вт).
Использование более новой микросхемы АЦП позволило повысить точность измерений в KM003C по сравнению с Google Twinkie/USBC-TKEY. Используемый в последнем INA231 имеет 16-разрядный АЦП и размер шага измерения напряжения 1,25 мВ. INA228 в KM003C имеет 20-разрядный АЦП и размер шага измерения напряжения около 0,2 мВ. INA228 также включает мониторинг температуры (он доступен через API и экран дисплея на KM003C).
Twinkie был разработан в первую очередь для использования с Chrome OS, поэтому его розничные версии, такие как Plugable USBC-TKEY, поддерживают только Linux. TotalPhase предлагает ТП350110 на том же оборудовании, что и Twinkie. Он поставляется с модифицированной прошивкой и драйверами, поддерживающими как Windows, так и MacOS, а также расширенными API и пользовательским приложением для обработки данных по высокой цене. KM003C официально поддерживает только Windows для подключения через порт HID, и их программное обеспечение для обработки данных также предназначено только для Windows.
Twinkie / USBC-TKEY имеет оболочку CLI, доступную через последовательный порт USB, и поставляется с поддержкой определенного набора команд (например, ‘tw vbus’ и ‘tw vconn’ для чтения напряжения и тока на VАВТОБУС и ВПОДКЛЮЧЕНИЕ линии, ‘tw res param1 param2’ для размещения резисторов на линиях СС — Rp/Rd/Ra) и др.). KM003C доступен через порт HID и принимает команды, но это пользовательские кодировки без уровня интерпретации посередине.
Twinkie / USBC-TKEY может действовать как приемник и вводить пакеты питания, чтобы заставить хост / источник согласовать другой контракт на поставку питания. Это также доступно в KM003C при использовании функции имитации кабеля и определения протокола зарядки, но, похоже, не отображается через API (насколько я понимаю).
Twinkie / USBC-TKEY может устанавливать или удалять резисторы на линиях CC чтобы настроить подключенный порт как UFP или DFP. KM003C похоже, имеет аналогичный функционал только для РД. Опять же, похоже, что это не раскрывается через API.
В следующем разделе рассказывается об аппаратном дизайне и возможностях программного обеспечения. Затем следует обсуждение поддержки API и способов их использования как в Linux, так и в Windows. После адаптации нашего потока хранилища с прямым подключением для поддержки мониторинга питания как с USBC-TKEY, так и с KM003C, мы записали некоторые результаты с обоих измерителей. Мы приводим некоторые сравнения этих результатов, прежде чем перейти к заключительным замечаниям.
[ad_1]
www.anandtech.com