使用CP2102N讓USB橋接芯片具有充電識別功能的方法

在筆者的冷鏈記錄儀壓力測試儀表讀卡器等項目中，均涉及到了USB數據線充電,一般的USB接口只能提供5V/500mA的電源，而電源適配器則可以提供1A以上的輸出，為了兼顧安全充電和快速充電，充電器識別是非常必要的。本文將介紹如何使用Silicon Labs（亦稱芯科科技）的USB橋接芯片－CP2102N讓單節鋰/鋰聚合物電池充電管理芯片具有充電識別功能的方法。

電池充電管理芯片典型應用電路中，RIREF為充電電流編程電阻，配置成不同的阻值對應不同的恒流充電電流。我們這里選擇2000mAh的鋰離子電池作為案例展開介紹。我們一般選擇兩檔充電電流500mA或900mA。因此，需要對輸入電源類型加以識別，并且配置到最佳的充電電流。

Silicon Labs提供的新一代USB轉串口橋接芯片CP2102N不但較上一代產品更有成本效益，而且在功能上有很多創新。其中，符合USB-BCS 1.2規范的充電器識別功能就是一大亮點。CP2102N有三個充電器識別功能的專用引腳，分別是CHREN、CHR0和CHR1，這三個引腳均為高電平有效。CP2102N電路如圖所示：

我們選擇的電池是2000mAh的鋰離子電池，推薦快速充電電流為0.5C，也就是1000mA。因此我們的設計目標是接入電腦USB接口時充電電流盡可能為500mA，接入電源適配器，充電電流盡可能最大。因此CP2102N的CHREN連接電池充電管理芯片的EN，用于控制充電芯片的啟停。

根據芯片官方手冊中描述，在IREF≥100mA的情況下，IREF = 12230 /RIREF - 8 (mA)。CHR0通過NMOS選通24.3k電阻，用于使能500mA充電。CHR1通過NMOS選通31k電阻，用于使能390mA充電。由于CHR1高電平時，CHR0必定也是高電平，所以此時的RIREF為24.3k和31k電阻的并聯，總的充電電流預期是890mA，接近電池充電管理芯片的額定最大值900mA。

實現芯片硬件后，我們需要使用Simplicity Studio V4的Xpress Config組件對CP2102N進行簡單的配置來啟用充電器識別功能。配置過程如下：

將CP2102N接入電腦的USB接口；

啟動Simplicity Studio，選定已連接的設備，并打開Xpress Configurator組件；

在Configuration Groupings欄目里面查找PortConfiguration:GPIO標簽，在Battery Charging選項列表中，由“Disabled”改變為“Greater than 500mA”，此時，在GPIO設置標簽中的三個專用引腳CHREN、CHR0、CHR1的IO狀態自動由“Open Drain”強制設置為“Push-Pull”且手動設置無效；

選擇保存下載，當芯片配置生效后Xpress Config會對其自動復位并完成配置。

需特別注意：配置后的芯片，如使用電腦USB接口充電時，會在某些操作系統的電腦上出現芯片自動關閉，現象就是CHREN、CHR0、CHR1均會輸出低電平，而且在VCP串口被打開時不會出現。分析判斷得知，這是由于操作系統允許設備掉電以節約電能，我們只需要如下步驟即可關閉：

在設備管理器中找到“端口（COM和LPT）”并展開，找到“Silicon LabsCP210x USB to UART Bridge(COMn)”的設備；

雙擊此設備或右鍵打開“屬性”，找到“電源”標簽頁；

將選項“允許計算機關閉此設備以節約電源（A）”的勾選去掉，并單擊“確定”，設備就不再會自動進入節能模式了。

經過如上兩組設置步驟，整個充電電路即可正常工作了。我們將USB插頭接入電腦USB端口或電源適配器的時候，就會通過識別功能檢測接入的設備類型，并且在三個端口上有所體現。

USB插頭接入電腦USB接口時，CHR1輸出低電平，CHREN和CHR0輸出高電平，表示可以提供500mA的電流。而接入5V1A電源適配器的時候，三個端口均輸出高電平，表示可以提供500mA以上的電流。當USB不接入任何電源的時候，三個端口均輸出低電平，符合設計目標。

以上就是如何使用CP2102N讓電池充電管理芯片具有充電識別功能的方法，由于CP2102應用非常廣，如果您的產品正好具有鋰電池充電功能，那趕快升級CP2102N吧！