随着智能手机、平板电脑等移动设备的快速普及,以及移动网络的高速发展,人们对电子设备的需求和依赖程度越来越高。愈加强大的功能以及不断增大的屏幕使得电子设备的耗电量也越来越高,续航问题成为了智能电子设备一个明显的短板,给人们的使用带来了极大的不便。然而与发展快速的电子技术相比,电池的发展速度可谓相当缓慢,目前所采用的仍为锂离子电池技术。各家电子设备厂商也在不断针对续航时间短的问题推出各种解决方案,在不能对电池电量存储有一个革命式的改进方案之前,提高电池的充电效率、缩短充电时间无疑为最有效的解决方案。本文根据实习公司的xad9002快充项目,完成了USB PD快速充电器中USB PD控制器的研究与设计。USB PD(USB Power Delivery)是目前主流的快充协议之一。是由USB-IF组织制定的一种快速充电规范。USB PD通过USB电缆和连接器增加电力输送,扩展USB应用中的电缆总线供电能力。快充实现的核心之处为供电端与用电端通过PD控制器实现电力协商,使供电参数可满足用电端所能承受的最大规格。首先本文通过深入研究USB PD协议,掌握PD快充的原理及实现方法。同时研究PD控制器中插入检测、物理层和协议层三部分的结构以及功能。根据协议要求,利用Verilog HDL语言完成了控制器物理层发送机与接收机的设计。发送机主要包括4b5b编码模块、BMC编码模块、crc32计算模块、发送状态机模块等。接收机主要包括BMC解码模块、移位控制模块、5b4b解码模块、crc32校验模块,接收状态机模块等。利用以上设计模块可实现硬件电路对PD通信数据的编码、解码、校验和传输工作。利用VCS对物理层的硬件电路进行功能验证,确认了上述所有设计模块的正确性。利用C语言完成控制器插入检测和协议层的设计。其中,协议层根据功能需求分为发送模块和接收模块两部分,实现对插入设备检测、通信数据包配置、数据包解析以及数据包信息处理等功能。最后将设计烧录到FPGA,搭建验证平台,完成对控制器的板级测试。将协议层所配置的通信数据包作为测试激励,通过仿真器与PD协议测试仪模拟充电过程,利用逻辑分析仪、PD协议分析仪以及示波器对测试结果进行分析。测试结果表明,硬件电路对数据包的处理正确,供电端与用电端的电力协商过程与协议要求一致,CC线在工作中电压为1V符合要求。供电端所能提供的供电参数共5种,分别为5V/3.03A、9V/2.39A、12V/2.31A、15V/1.91A、20V/1.83A。