如何使用DSLogic分析USB-PD信号？

一 文档介绍

本文将一步步介绍如何使用DSLogic逻辑分析仪采集和分析 USB-PD 信号。此次将演示使用快充充电器给一台安卓手机充电。

二 需要测量哪几个信号

逻辑分析仪需要测量 CC1 信号，两设备协商后 VBUS 的电压会有所改变。

VBUS 电压是 USB 总线上的电源电压，通常为5V。在 USB-PD 中，它可以在5V、9V、12V、15V或20V之间变化，以提供不同功率级别的电力传输。CC 电压则是用于识别连接的设备类型和支持的功率级别的信号。

USB-PD 协议是在 Type-C 接口的 CC 信号线上实现的。CC信号线有两根，分别被标记为CC1和CC2，数据线上的 CC2 为 VCONN，用于 100W 模式下给 E-marker IC 供电。在 USB-PD 协议中，一般使用 CC1 信号线用于传输协商消息，以确定所需的电源和充电速度，通过配置电阻的上下拉，它可以是0V、0.6V 或 1.2V，根据连接的设备和所需的功率级别而变化。CC1 信号线的通信速率限制在 270-330 Kbps，典型为 300Kbps。所以，在使用逻辑分析仪测试 USB-PD 时，我们只需要测试 CC1 即可。

如何从 TypeC 中识别出 VBUS 和 CC1 ？可以参考每种类型接插件对应的数据手册，都会有引脚分布的介绍。

图1 6 Pin TypeC引脚定义

更多 TypeC 插座类型的引脚定义请查看附件。

如上图所示，VBUS 为 A9/B9，CC 线为 CC1/CC2。如果你的硬件方便，可以直接用设备连接 TypeC 上的这两个引脚。

如果不方便测试 TypeC 中的引脚，也可测试 TypeC线缆，将数据线里的每一根线都剥开，使用万用表测量每一根信号线的电压。

图2 将数据线剥开

如果在 TypeC 接入手机后的前一段时间：

电压从 5V 上升到某个电压如 9V，并保持稳定，那么这根线是 VBUS

表现为短路，则这根线是 GND

电压时不时在 2V 以下变化，则这根线为 CC1

表现为开路，则为其他信号线

三 信号的实际模样

DSLogic逻辑分析仪分析的是数字信号，在采集分析之前，我们先用示波器观察下信号实际是什么样子的。

这里我们使用璞石示波器来完成捕获模拟波形的演示。

3.1 设置示波器

3.1.1 时基

我们在开始采集前可以先将时基设置得稍微大一点，这样方便观察是否采集到了信号，比如可以设置为 5ms/格，待采集到波形后再减小时基到波形容易被观察范围。

3.1.2 垂直分辨率

因为 CC1 的最高电平是 2V，我们将通道 0 垂直分辨率设置 500mV/格；VBUS 可能能到 20V，我们将通道 1 垂直分辨率设置 2V/格，如果观察到波形不合适，再来调整。

3.1.3 触发电平

因为两个设备是先协商再决定供电功率，所以我们将 CC1 的电平变化作为触发条件，可以设置为 0.8V左右。

3.2 在璞石示波器上显示

我们使用璞石示波器来完成捕获模拟波形的演示。

图3 使用璞石测试到的信号

示波器 0通道接在 TypeC 数据线的 CC1 处，接地夹接数据线的地线，设置水平分辨率为 5ms/格，垂直分辨率为 500mv/格，触发电平设置在 800mv 左右，单次触发。1 通道接在 TypeC 数据线的 VBUS 处，接地夹接数据线的地线，设置垂直分辨率为 2V，将 TypeC 充电线接入手机，捕获的波形如下图所示。

图4 捕获波形

图5 展开波形观察

在图4 和图5 中，紫色波形为 CC1，绿色波形为VBUS，可以看到，在 CC1 通讯前，VBUS 为 5.200V，CC1 保持高电平为 1.733V，可知该手机使用的是 3.0A 的电流标准，CC1 通讯完成后，VBUS 电压从 5.200V 上升至了 8.733V，从而可以得知该手机使用的是 9V 的电压标准，由此次测量可知，充电器向该手机提供 9V*3A，也就是27W 的充电功率。

四 信号的采样与解码

在示波器上可以观察到信号的波形质量，但是示波器不擅长长时间抓取波形，同时进行解码分析。所以当想要分析协议通讯的内容时，使用DSLogic逻辑分析仪是最合适的工具。

接下来将详细介绍如何使用 DSLogic Plus 采集和解码 USB-PD 信号。

4.1 信号的连接

在DSLogic Plus中，可以选择任意通道对波形进行采集。我们使用 0 通道来采集 CC1 信号。

连接排线至逻辑分析仪的采样端口，图6 显示了排线和通道的对应关系。

图6 排线与逻辑分析仪的连接

连接 0 通道至 CC1，黑色信号线为接地信号线，连接地线。连接效果如图。

图7 逻辑分析仪连接被测信号

4.2 采样设置

打开 DSView，在左上角点击“选项”，按照图8 参数设置，其中关于阈值电压，在图5 中，我们可以看到通讯波形的电压范围大致在 0V – 1.2V 之间，所以阈值可以设置为 0.8V 左右，通道选项的所有选项都符合我们的要求，我们选择就选第一个。其他选项保持默认，点击确定。

图8 DSView选项设置

设备选项设置完成后，采样率一般设置为波形最大速率的 10 倍，这里可以设为 2MHz，采样时间这里设置为 5.00S，采集模式设置为“单次”。

关键的阈值、采样时间和采样率设置完成后，我们接下来设置触发方式。

从图1 可以看到 CC1 以从高电平状态跌落到低电平状态而开始通讯，所以我们设置触发方式为下降沿触发，点击 0通道左侧的下降沿标识，显示为蓝色则为下降沿触发。

图9 触发设置

完成以上接线和设置后，点击 DSView 上的“开始”，此时逻辑分析仪正在等待触发波形的出现，然后将 TypeC 接入设备，触发后等待波形采集完成。

4.3 解码设置

波形采集完成后会在软件界面显示，此时可以对波形进行解码操作，具体操作是点击菜单栏的“解码”按钮，在协议框中输入“USB”，选择在下方出现的”USB PD“，在弹出的解码设置中进行解码设置。

图10 解码设置

右侧带有眼睛图标的选项表示是否要在解码中查看这些内容，默认是要查看，如果不想看到相关内容，将其勾选掉即可。

在”CC1“选项中选择连接 CC1 信号的通道，我们的通道是 0 通道，所以选择 0。

由于我们不检测 CC2 电源连接，故此项不填。

“Full text decoding of packets” 表示是否需要对数据包进行全文解码。

如果在波形中插入了光标，可以使用光标来限制解码的范围，默认是对所有波形进行解码。

图15 解码器选项

此时解码已经完成，可对波形放大查看细节。

图11 查看解码结果

附件

9 Pin TypeC引脚定义

14 Pin TypeC引脚定义

16 Pin TypeC引脚定义

24 Pin TypeC引脚定义