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ELETTRONICA OGGI 498 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2021 44 POWER USB4 Power Delivery richiesto nell’USB4 La specifica PDè stata rivistaper includerenuovimessaggi da rilevare e passare alla modalità USB4, ma gli schemi di alimentazione sono gli stessi. Usano un bus single-wire 300 kHz su una delle linee del Configuration Channel (CC) dell’interfaccia USB type-C per l’host e il dispositivo per rilevareenegoziarepotenzaedati chesi trasferiranno(Fig. 1). L’altra linea CC assume il ruolo di “VCONN”, una fonte di alimentazione dedicata per il marcatore elettronico (un circuito di identificazione all’interno del cavo USB). La potenza erogata tra le porte USB viene trasferita su un set separato di fili all’interno del connettore (etichettato “VBUS”). Quando due dispositivi PD si collegano, utilizzano il cavo CC per rilevarsi a vicenda, comunicarsi le capacità di alimentazione (quali tensioni e che potenza per ciascuna tensione), capire quale dispositivo dovrebbe fornire o assorbire energia, negoziare quanta energia trasferire, e fornire quell’alimentazione su VBUS. Questo segnale digitale a 300 kHz viene anche utilizzato per accertare che la connessione USB possa supportare un collegamento USB4, quindi non c’è modo di implementare USB4 senza questa comunicazione. Le porte USB4 non sono necessarie per fornire o ricevere alimentazione oltre un minimo di 5 V/900 mA; ma devono supportare la comunicazione PD per funzionare come USB4. Cronologia e storia dell’alimentazione sull’Universal Serial Bus Per comprendere come si è arrivati alla ricarica prevista da USB4, è utile comprendere la cronologia dell’alimentazione attraverso il connettore USB (Fig. 2). Universal Serial Bus è stato originariamente concepito per la comunicazione seriale di dati, con un massimo di 100 mA di corrente nel cavo. Le specifiche USB 2.0 erano limitate a 500 mA nella linea VBUS, e questo era adatto per alimentare le periferiche di base del computer. Gli standard USB 3.0 hanno aumentato il limite di corrente a 900 mA, ma con i dispositivi portatili che convergevano su un unico connettore per dati e alimentazione, ciò non era sufficiente. I comitati USB hanno rilasciato le specifiche per il battery charging (BC), terminando con la specifica BC1.2 nel 2010, che consentiva 1,5 A (7,5 W) e, a quel punto, molti produttori di smartphone hanno rinunciato alla conformità alle specifiche USB. Ciò ha portato a un protocollo di ricarica proprietario, gratuito per tutti, utilizzando livelli di tensione impostati sulle linee D+ e D- (linee dati USB): 2 V su una linea e 2,7 V sull’altra potrebbero dare una carica di 10 W; 2,7 V su entrambe le linee dati potrebbero segnalare una carica di 12 W; 3,3 V su ciascuna linea attiverebbero un caricabatterie per fornire 20 V (il che potrebbe essere dannoso, se applicati per errore). Questi metodi non erano interoperabili e i risultati erano imprevedibili. Inoltre, le linee dati, utilizzate per decidere i livelli di carica, non erano più disponibili per i dati. Una porta può trasferire file o caricare più velocemente, ma non entrambi. Chiunque abbia mai visto un telefono “spegnersi” durante la ricarica, sappia che quella porta era probabilmente una connessione dati che forniva 500 mA secondo le specifiche USB 2.0. Questo problema ha portato alla stesura della prima specificaPD(revisione 1), creandouno standarduniversale per la ricarica a tensioni alternate (più di 5 V) utilizzando i tradizionali cavi USB a 4 pin. Il mantenimento della retrocompatibilità con le versioni precedenti richiedeva l’aggiunta di un segnale di handshake alla linea VBUS stessa, operazione questa rivelatasi complicata da implementare e successivamente eliminata: in realtà USB IF preferirebbe che tutti dimenticassero che questa specifica sia statamai scritta e, in effetti, questo approccio non è più valido né supportato. Oggi ci sono versioni PD 2.0 e 3.0 con le specifiche PPS (Programmable Power Supply) incluse. Questi sono stati creati insieme alla porta USB type-C, con connessioni di segnale aggiuntive. Le differenze tra la versione 2 e 3 sono principalmente nei dettagli di comunicazione CC. Entrambi sono retrocompatibili con le precedenti implementazioniUSB (esclusaPDrevisione 1) e la fruizione dell’utente sarà la stessa. I dispositivi negoziano i profili di ricarica, potenzialmente fino a incrementi di 20 mV (in Tabella 1 – Connessioni USB Power