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随着智能终端技术的高速发展,各类便携设备功能更加丰富,同时,带来耗电量剧增、续航不佳的状况。如何提升充电速度是人们解决移动智能终端续航能力的新问题。USB-IF推出的USB Power Delivery(USB PD)协议规范是一个开放的快充标准,与USB Type-C接口相辅相成,具备统一快充领域接口规范的潜质。因此,对USB PD快充标准的研究具有重要意义。本文详细阐述USB PD3.0协议体系结构、基于原始消息序列的通信机制、数据包格式以及QC3.0协议恒压模式、连续模式的控制原理。设计了一款兼容USB PD3.0协议的Source端双口快充控制系统,USB Type-C口支持USB PD3.0和QC3.0协议,USB Type-A口支持QC3.0协议。采用Verilog-2005硬件描述语言完成双口管理器和USB PD3.0协议中设备策略管理层、策略引擎层、协议层和物理层的设计以及QC3.0协议中低压控制器和高压控制器的设计。通过双口管理器的设计完成对AC-DC电源的驱动权限分配。在设备策略引擎层通过电能配置、供电协商、电源供电和电源硬复位模块的设计完成对AC-DC电源的管理和Type-C接口的控制,在策略引擎层采用有限状态机的设计完成基于原始消息序列的通信控制,在协议层通过发送器模块的设计完成消息的构建发送和Rp阻值的控制,接收器模块的设计实现消息的接收解析,硬复位控制器模块的设计保证系统的安全稳定,在物理层发送通路通过采用CRC-32计算、4B/5B编码、以及BMC编码完成对数据包的传输保护、接受通路采用BMC解码、4B/5B解码、以及CRC-32校验完成数据包的稳定接收。通过低压控制器的设计完成对双口协同工作的控制,高压控制器的设计实现恒压模式和连续模式的切换。提出的基于FIR滤波器的BMC解码方案相比于传统的过采样法,解码稳定性取得很大的改善。通过VCS仿真工具对本设计进行仿真验证,仿真结果显示:本设计满足协议规范,实现了USB PD3.0协议的Fix供电模式和PPS供电模式,支持1-7个电能等级的供电输出,最高输出功率为100W;此外,实现了QC3.0协议的恒压模式5V/3A、9V/2A、12V/1.5V和连续模式3.3V-12V/3A的供电输出,最高输出功率为36W;最后,实现双口同时工作时5V/5A的供电输出,输出功率为25W。相对比传统的电源控制系统而言,本设计较大的提高了充电功率,兼容性取得明显改善。最后采用华力0.35um 1P3M工艺实现物理设计,通过FPGA开发板配置USB接口外围电路配合Power-Z协议分析仪进行放电测试,测试结果表明:放电功率在0-33W动态输出,实现了大功率快充的预期目标。