USB Power Delivery ROHM BM92Txx series

USB Power Delivery ROHM BM92Txx series

USB インタフェースって何? USB:Universal Serial Bus PCおよび周辺機器接続の為の汎用シリアルバスインタフェース規格非営利団体 :USBインプリメンターズ フォーラム(USB-IF) により策定 伝送レート (Mbps) 10000 5Gbps 1000 USB3.0 480Mbps 10Gbps USB3.1 100 12Mbps USB2.0 10 USB1.0 USB1.11 1 96 98 00 08 13

給電能力から見た USB 規格の進化 データ通信用の補助電源から本体用の電源へ 給電能力 100W(20V/5A) バッテリの大容量化 USB Power Delivery 7.5W(5V/1.5A) 5W(5V/1A) USB3.0 BC1.2 USB3.1 4.5W(5V/900mA) 2.5W(5V/500mA) USB1.0 USB1.1 USB2.0 スマートフォンの急増スマートフォン * の発売 96 98 00 08 10 12 13

BC1.2 と USB Power Delivery USB2.0 と USB3.1 の電力供給能力を拡張するオプション規格です USB Battery Charging Speifiation (BC1.2) スマートフォンの急速充電を主な目的として 2010 年にリリースされた電力拡張規格スされた電力拡張規格 最大 7.5W(5V/1.5A) 5A) まで対応 USB Power Delivery (USB PD) 世界共通規格の給電 を実現させるという構想に基づき 2013 年にリリースされたスされた BC 1.2と共存して使用可能

USB パワーデリバリーによる電源共通化 1 環境性能を向上 充電器の再利用を促進電子廃棄物を削減 共通アダプタ 2 充電口の共通化 USB 大電力電源を実現しノートPCなどの給電口を USB 端子に統一 背景 欧州を始めとする各国で産業廃棄物 ACアダプタ の削減要求 携帯通信機器の急速な広がり 2009 年 USB Charging Speifiation1.2(BC1.2) の登場による電子機器へのデータ通信 給電 USBインタフェースの拡大 バッテリー搭載機器の容量拡大 急速充電の要求

こんな規格です できること 1 通信機能を介して 電力 ( 電圧 電流 ) を多様に変更可能 電流 20V/5A どのような機器にも使用できる 5V/3A 14V/3A 12V/2A 共通アダプタ 電圧

こんな規格です できること 2 電力の給電側 受電側を双方向に入れ替え可能機器間で互いに給電 いつでも電気を分け合える! テレビから PC に給電 従来 PCからテレビに給電

こんな規格です できること 3 接続機器トータルの電力管理が可能 ( カスケードトポロジ ) 種別 供給上限を超えた機器には電力供給しません 機器 供給可能電力 (W) 消費電力 (W) 電圧 (V) 電流 (A) USBPD Status ホスト ACアダプタ 100-20 5 - デバイス1 ノートPC 60 40 20 2 Contrated デバイス2 PCモニタ 32 28 14 2 Contrated デバイス 3 プリンタ 8 24 12 2 Contrated デバイス 4 HDD 2 6 12 0.5 Contrated デバイス 5 HDD 2 6 12 0.5 Rejeted 20V/0.4A このポートは電力 12V/0.5A が足りないため 4HDD 供給されない! 12V/0.5A 5HDD 20V/5A AC アダプタ ( ホスト ) 1 ノート PC 3 プリンタ 20V/2A 12V/2A 20V/1.6A 14V/2A 20V/3A 2PC モニタ 壁コンセント この場合従属機器へは最大電圧で電力を送信

こんな規格です できること 4 接続機器トータルの電力管理が可能 ( スタートポロジ ) トータルの供給能力を判定し 接続時に上限を超えた機器には電力供給しません 種別 機器 供給可能電力 (W) 消費電力 (W) 電圧 (V) 電流 (A) USBPD Status ホスト AC アダプタ 100-20 5 - デバイス 1 ノート PC 60 40 20 2 Contrated デバイス 2 PC モニタ 32 28 14 2 Contrated デバイス3 HDD 20 12 12 1 Contrated デバイス4 サーバ 20 60 20 3 Rejeted デバイス5 プリンタ 8 12 12 1 Contrated

こんな規格です できること 5 どうやって電力を変える? 専用の通信 (USBPD 通信 ) を取り交わし任意の電圧 電流に制御電流に制御 電力供給プロファイル * 上限電力 代表的な対応製品例 Profile 1 10W (5V/2A) スマートフォン タブレットト Profile 2 18W (12V/1.5A) スマートフォン タブレット Profile 3 36W (12V/3A) 小型ノート PC HDD ProfileはUSB-IFの提案する電力 Profile 4 60W (20V/3A) 大型ノート PC 小型モニタ 供給側のオプション分類です USBPDは電圧 50mV 電流 10mA Profile 5 100W (20V/5A) 大型モニタ の精度で指定可能 * USBPD 規格 スペック 上限電力 42inh USB2.0 USB3.0 BC1.2*1 2.5W (5V/0.5A) 4.5W (5V/0.9A) 7.5W (5V/1.5A) 従来の USB 給電規格 *1 Battery Charging speifiation 1.2

USBPD 通信と電力供給の例 (20V/5A の場合 ) Step 供給可能電力 USBPD 通信給電側 * 受電側 * 最大電流 接続 5V/500mA 初期状態なし起動 100mA Step1 Step2 5V/500mA 5V/500mA 5V/2A 12V/3A 供給できる受信電力テーブル (Capability) 20V/5A を送信 Capability 欲しい電力を 100mA 選んで要求 20V/5A (Request) デバイス Request (20V/5A) 要求の承認 (Aept) 電力テーブル 100mA を送信変更の待受け Aept に入る 30mA Step3 5V/500mA 供給電力変更 30mA 20V/5A 供給電力変更変更完了通知 (PS Ready) PS Ready 要求電力で動作開始 5A

USBPD 通信と Type-C コネクタ

USB パワーデリバリ通信の実際 ~Type-C コネクタ ~ コネクタ形状 TYPE-C コネクタ 3A 対応 or 5A 対応は Cable 用 PD チップで区別 USB PD 通信方式 BMC 方式 (Biphase marked Coding) Base band freq = 300kbps VBUS ケーブル CC 内波形 GND 300Kbps 送信 0 1 0 データ 1 1 0 変調 電源部 Type-C USB ケーブル USB の電源ライン =VBUS 電源部 通信用の専用ライン =CC 送信部変調部変調部送信部 変調波形 送信部 変調部 復調部 受信部 復調波形 受信データ再生クロック 0 1 0 1 1 0 エッジ検出 復調 クロック復元

TYPE-C コネクタを用いたアーキテクチャ 24 全体制御 接続制御を行うDevie Poliy Manager 部 Poliy Engine 部 プロトコル処理を行う Protool 部 ケーブル プラグ検出 プラグ向き検出を行うCC PHY 部 CCラインを使用してUSBPD 通信を行うBB PHY 部 電力供給 / 受電側 電力受電 / 給電側 項目変復調方式ビットレート 仕様 BMC 300kbps H レベル 1.1V L レベル 0V Physial Layer 部 BB PHY 仕様 Type-C USBPD アーキテクチャ

DPM の送信内容決定から実送信までの一例 >> 送信内容を決定 送信データ作成送信リクエスト データオブジェクトの数 0 の場合 : このパケットはコントロールメッセージ 1~7: このパケットはデータメッセージ ポートのパワーロール( 給電 or 受電 ) ケーブルからのメッセージか サポートするUSBPDバージョン >> 送信内容をパケット化 ポートのデータロール( ホスト or デバイス ) 送信するパケットのタイプコントロールメッセージの場合 Aept, PS_RDY 等を指定可能データメッセージの場合 Capabilities, Request 等を指定可能 双方向電力供給が可能か 外部供給かどうか USB 通信は可能かどうか データロールスワップの可否 ピークカレントモード 要求電圧( 分解能 50mV) 要求最大電流( 分解能 10mA) 送信データパケット化送信制御リクエスト 16シンボル 32シンボル x 最大 7 32シンボル Header Data Objet1 Data Objet2 Data Objet7 CRC32 送信制御 変換制御 4b5b 変換パケット化 Preamble Start Of Paket Payload ペイロードの CRC32 ビットコード 64 シンボル 20 シンボル最大 272 シンボルのデータを 4b5b 変換したペイロード =340 シンボル 5 シンボル End Of Paket 送信順 (CC) 受信同期用の 0/1 を交互に繰り返す信号 パケットの開始を示す 4 つの K コード BMC 変調 パケットの完了を示す K コード

ROHM USBPD BM92Txx シリーズ Type-C コネクタ 機能代表アプリケーション例 BM92T10MWV BM92T30MWV BM92T20MWV BM92T50MWV DC 入力 USBPD 受電 / 給電 DC 入力 USBPD 受電 / 給電 AC 入力 USBPD 給電 DC 入力 USBPD 給電 モバイル機器 低電力機器 Display Port 対応 ACアダプタ据置機器 大電力機器

ROHM BM92Txx シリーズの特徴 USB Power Delivery 通信制御 IC 1. 高耐圧アナログドライバ内蔵 2. 低消費 MCU 内蔵 3. チップ単体でUSBPDシステム構成が可能 4. 多様なアプリケーションに対応可能 Pakage Size Pakage:UQFN40V5050A* W:5.00mm D:5.00mm H:1.00mm High Voltage Bi-CDMOS + High Density 0.13um Logi MCU SPI EEPROM Blok Diagram SW Driver I2C GPIO SW Driver BMC OSC Power Control BB PHY CC PHY

USBPD 向けソリューション事例 1 アダプタから PC への基本的な給電 1TYPE-C に対応 USB PD 対応 ACDCアダプタ 1 次側 2 次側 ACDC パワー ローム AC コントローラ ( 既存 ) ローム ACDC ブリッジ ローム TYPE-C 対応 USBPD IC BM92T20MWV T Y P E C コネクタ パワー BMC 通信 T Y P E C コネクタ パワー 高耐圧アナログパワー USBPD Baseband CC PHY 受電パワーレーン マイコン BM92T10MWV コントローラ ローム TYPE-C USB PD IC チャージャ ( 既存 ) PMIC ( 既存 ) エンベデッドコントローラ ウルトラブック 2TYPE-C 対応 AC アダプタに最適化 3 待機時低消費電力

USBPD 向けソリューション事例 2 双方向給電ソリューション (PC-PC など ) BM92T10MWV BM92T10MWV 放電済みのバッテリーでも USBPD を経由して給電できます