Probleme bei der Stromversorgung von TTGO T-Display und T-QT über USB-C-Kabel

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Heinrichs
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Probleme bei der Stromversorgung von TTGO T-Display und T-QT über USB-C-Kabel

Beitrag von Heinrichs » Mi 17. Mai 2023, 10:53

In dem Beitrag Die Stromversorgung beim TTGO T-Display haben wir die verschiedenen Möglichkeiten der Stromversorgung beim TTGO T-Display ausführlich erläutert. Hier behandeln wir nun ein Problem, welches auftaucht, wenn die Module mit einem USB-C-Kabel an eine USB-C-Buchse des PCs angeschlossen werden.


1. TTGO T-Display

Wir betrachten zunächst das Modul TTGO T-Display. Die folgende Tabelle zeigt einige Verbindungsmöglichkeiten:

PCVerbindung über...TTGOfunktioniert?
USB2, USB3Kabel →USB-C
USB-CAdapter USB-C → USB2/USB3 →USB-C
USB-CTyp-C-Kabel →USB-Cnur teilweise

Das Adjektiv “teilweise” ist hier durchaus wörtlich zu verstehen: Ob das TTGO-Modul vom PC mit Strom versorgt wird, hängt hier nämlich davon ab, mit welcher Orientierung der Stecker des USB-C-Kabels (Beschriftung oben oder unten) in die Buchse des TTGO gesteckt wird:

PCTTGOfunktioniert
obenoben
obenunten
untenoben
untenunten


Es stellen sich nun die folgenden beiden Fragen:
  • Wie kommt es dazu, dass die Stromversorgung nur funktioniert, wenn die Steckerbuchsen des USB-C-Kabels beim TTGO nach oben orientiert ist?
  • Warum gibt es keine Probleme, wenn das Kabel zum TTGO von einer USB2/USB3-Schnittstelle kommt?
Um diese Fragen zu beantworten, werfen wir einen Blick auf die Pins von USB-C-Buchse und USB-C-Stecker (Abb. 1): Von den zahlreichen Pins werden wir für die Lösung unseres Problems nur die Anschlüsse VBUS, GND sowie CC, CC1 und CC2 betrachten müssen. Man beachte, dass je nach Orientierung des Kabelsteckers CC mit CC1 (“unflipped”) oder mit CC2 (flipped) bei der Buchse verbunden ist.

USB_C_Buchse_und_Stecker.jpg
Abb. 1
USB_C_Buchse_und_Stecker.jpg (116.53 KiB) 4379 mal betrachtet

Mit Hilfe der CC-Leitung, welche die beiden Anschlüsse der CC-Pins vom Kabel verbindet, können Informationen zwischen dem PC und dem angeschlossenem Gerät ausgetauscht werden. Damit kann der PC z. B. erfahren, ob über seine Buchse Strom aufgenommen werden soll (wenn z. B. ein Ladegerät angeschlossen worden ist) oder abgegeben werden soll (wenn z. B. unser TTGO angeschlossen worden ist). Der Informationsaustausch kann i. A. digital oder auch analog erfolgen; in unserem Fall erfolgt dieser Informationsaustausch analog, und zwar mit Hilfe von Pull-Up-Widerständen bei der USB-C-Schnittstelle des PC und Pull-Down-Widerständen beim angeschlossenen Gerät (TTGO).

Die USB-C-Buchsen haben jeweils zwei CC-Anschlüsse: CC1 und CC2. Je nach Orientierung des Steckers wird die CC-Leitung mit dem Anschluss CC1 oder CC2 der beiden Buchsen verbunden. Abb. 2 zeigt zwei von vier Möglichkeiten: Bei der blau eingezeichneten Verbindung (unflipped, beide Orientierungen nach oben) sind z. B. die beiden CC1-Pins miteinander verbunden.

CC_Verbindungen.jpg
Abb. 2
CC_Verbindungen.jpg (26.24 KiB) 4378 mal betrachtet

Wir verbinden nun den TTGO über das USB-C-Kabel mit dem PC; dabei achten wir darauf, dass beide Stecker nach oben orientiert sind (Abb. 2, unflipped). Sobald das USB-C-Kabel an den PC angeschlossen ist, wird die CC-Leitung durch den Pull-Up-Widerstand R2 auf High gezogen. Wenn nun auch der TTGO mit dem Kabel verbunden ist, wird die CC-Leitung durch den Pulldown-Widerstand R3 auf Low gezogen. Dies zeigt dem PC an, dass ein Gerät angeschlossen wurde, welches Strom vom PC benötigt; die USB-C-Schnittstelle des PCs legt jetzt 5 V an den VBUS-Pin. Damit erhält der TTGO über die VBUS-Leitung den benötigten Strom. (Genau genommen wird das Potential der Leitung je nach Größe des Pull-Down-Widerstands einen unterschiedlichen Wert erhalten; je nach Größe dieses Wertes kann die USB-Schnittstelle des PCs dann einen mehr oder weniger großen Strom bereit stellen.)

Man beachte: Solange die CC-Leitung ein High-Signal hat, bleibt VBUS auf 0, und damit wird auch kein Strom geliefert; im Gegenteil könnte jetzt der PC über diesen Anschluss Strom erhalten und damit seinen Akku aufladen.

Jetzt drehen wir den Stecker beim TTGO um (grüne Verbindung, flipped); nun ist CC1 vom PC mit CC2 vom TTGO verbunden. Dem Schaltplan des TTGO (vgl. Anhang von Basis-Informationen zum TTGO T-Display) entnimmt man, dass CC2 beim TTGO unbeschaltet ist (vgl. auch Abb. 2). Damit behält die CC-Leitung ihr High-Signal und die USB-C-Schnittstelle des PCs liefert folgerichtig auch keinen Strom!

Drehen wir den Stecker beim PC um, erhalten wir die gleichen Resultate. Damit ist die erste Frage beantwortet.


Bei den USB-2/3-Kabeln gibt es eine solche Kontrolleitung CC nicht; in diesem Fall ist es dann irrelevant, ob ein Pull-Down-Widerstand bei der Buchse des TTGO vorliegt oder nicht. Damit ist auch die zweite Frage beantwortet.


2. T-QT

Schauen wir uns das Schaltbild des T-QT an, müssen wir feststellen, dass es bei seiner USB-C-Buchse weder an CC1 noch an CC2 einen Pull-Down-Widerstand gibt. Deswegen kann der T-QT nicht durch eine direkte Verbindung zu einer USB-C-Buchse des PCs mit Strom versorgt werden. Man muss also entweder eine USB2/3-Buchse am PC benutzen oder einen USB-C-USB-2/3-Konverter zwischenschalten.


Quellen und weitere Informationen

https://microchipdeveloper.com/usb:tc-pins
https://hackaday.com/2023/01/04/all-abo ... -emarkers/
https://www.allaboutcircuits.com/techni ... -transfer/
https://www.ti.com/lit/wp/slyy109b/slyy ... 3992344352

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