از زمان پیدایش ارتباط USB به عنوان گذرگاه استاندارد پر سرعت برای اتصال وسایل و تجهیزات خارجی به کامپیوترهای شخصی، فاکتور سرعت جزء مهم ترین مشخصات این ارتباط بوده است و مبحث تغذیه شامل مشخصات ولتاژ و جریان جزو مشخصات حاشیه‌ای این ارتباط بوده است. به عنوان مثال استاندارهای مختلف USB با عباراتی مانند full-speed ، Hi-speed یا Super-speed معرفی می‌شدند که نشان‌گر نقش مهم سرعت در ارتباط USB است.
شکل زیر روند توسعه سرعت ارتباط USB را از نسخه اول یعنی USB1.0 تا نسخه‌های جدید تر مانند USB3.1 را نشان می‌دهد.
از طرفی دیگر مشخصات توان ارتباط USB همواره جزو مشخصات حاشیه ای این ارتباط بوده است و پایه‌های تغذیه USB تنها به عنوان تامین کننده تغذیه وسایل جانبی در نظر گرفته می‌شدند. به عنوان مثال در نسخه USB1.0 مشخصات تغذیه برابر ولتاژ 5v و جریان 100mA که معادل توان 0.5w است مشخص شده است و یا در نسخه USB2.0 ولتاژ 5v و جریان 500mA معادل توان 2.5w مشخص شده است.
از سال 2010 ، مشخصات تغذیه USB علاوه بر تامین توان تجهیزات جانبی، به عنوان شارژ کننده باطری داخلی این وسایل مورد توجه قرار گرفت و اولین گام در این جهت، معرفی استاندارد CDP (charging downstream port) بوده است که جریان دهی پورت USB را تا 1.5A تعیین کرده است که همراه با ولتاژ تغذیه 5v ، توانی معادل 7.5w را تولید می‌کند.
در ادامه با توجه به نیاز به توانهای بیشتر از 7.5w برای تجهیزاتی مانند هارد دیسک‌ها، پرینترها و تجهیزات دیگر و با توجه به این که در صورتی که امکان تغذیه این تجهیزات از طریق پورت USB فراهم نباشد باید برای هر یک از این تجهیزات تغذیه جداگانه در نظر گرفته شود، در نسخه‌های بعدی استاندارد‌های توان USB ، امکان ایجاد توانهای بیشتر از طریق این پورت در نظر گرفته شد.
امروزه استاندارد‌های ارائه شده در این زمینه امکان تولید ولتاژ‌های 12v و 20v و جریان‌های تا 5A و توان حداکثر 100w را به پورت USB می‌دهند.
یکی از نکات دیگری که در مورد تغذیه USB مورد توجه قرار گرفت، تنظیم مشخصات ولتاژ و جریان پورت USB متناسب با مقدار مورد نیاز هر وسیله است که این مسئله از طریق پایه‌های داده و طی فرایندی به نام negotiation یا مذاکره صورت می‌پذیرد و این مسئله باعث عدم امکان وجود ارتباط داده در هنگام استفاده از تغذیه USB می‌شد. در نسخه‌های بعدی این مشکل از طریق تعیین مشخصات تغذیه از طریق پایه VBUS حل شد.
از دیگر ویژگی‌های اضافه شده در مورد ارتباط USB ، امکان ایجاد تغذیه از هر دو طرف ارتباط میباشد، به عنوان مثال اگر یک صفحه نمایش که دارای تغذیه جداگانه است از طریق پورت USB به لپتاپ متصل شود، لپتاپ می‌تواند از طریق آن شارژ شود.
با توجه به این توضیحات، امروزه استفاده از پورت USB برای تامین توان دستگاه‌های مختلف، به روشی متداول در دستگاه‌های جدید تبدیل شده است که باعث کاهش هزینه‌ها و کاهش ابعاد و وزن نهایی محصولات می‌شود.
در ادامه به معرفی اجمالی تراشه UPD1002 از محصولات جدید شرکت Microchip برای کنترل توان پورت USB می‌پردازیم.
مشخصات تراشه UPD1002 :
- عملکرد به عنوان تولید کننده / مصرف کننده
- انتقال توان تا حداکثر 100w توسط پورت USB
- کاهش سیم در به اشتراک گذاری تغذیه
- تنظیم و پیکربندی توسط پایه‌های مخصوص
- پشتیبانی از 30 نوع وضعیت تغذیه
- دارای 5 نوع وضعیت تغذیه طبق استاندارد
- پشتیبانی از باتری های خالی شده
- سفارشی سازی توسط حافظه قابل برنامه‌ریزی
- دارای ارتباط SPI برای اتصال حافظه‌های خارجی
- دارای رگولاتور داخلی
- بسته بندی 32 پایه QFN
شکل زیر بلوک دیاگرام داخلی این تراشه را نشان می دهد.
تراشه UPD1002 یک کنترل کننده‌ی قابل برنامه ریزی انتقال تغذیه توسط USB است که دارای قابلیت انتقال توان تا 100w توسط پورت USB میباشد.
این تراشه طبق استاندارد USB-IF قابلیت این را دارا میباشد که هم به عنوان تولید کننده و هم به عنوان مصرف کننده عمل کند.
این تراشه طبق مشخصات انتقال تغذیه USB عمل کرده و دارای امکان استفاده به عنوان یک اشتراک گذار تغذیه استاندارد صنعتی و پروتکل شارژر باتری میباشد.
مشخصات موجود در استاندارد USB-IF مشخص کننده‌ی 5 نوع وضعیت تغذیه مختلف میباشد که این تراشه دارای 25 وضعیت تغذیه اضافی برای بهینه سازی بیشتر میباشد.
انجام تنظیمات و پیکربندی تراشه توسط پایه‌های ارتباط SPI صورت می‌گیرد و امکان طراحی سریع و آسان را مهیا می‌سازد.
تراشه UPD1002 در بسته بندی 32 پایه QFN ارائه شده و دارای کاربرد در طیف وسیعی از محصولات مصرفی و صنعتی میباشد.
منابع :
Microchip programmable usb power controller
Introduction to USB Power Delivery , electronicdesign.com
