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Evaluation du protocole Quick Charge 2.0

Le protocole de charge Quick Charge 2.0 a été défini et lancé par Qualcomm . Ce protocole est resté sa propriété à ce jour. Il a pour objectif de réduire le temps de charge des smartphones et tablettes qui implémentent ce protocole.

La conformité des matériels se réclamant de ce protocole est vérifié par le laboratoire UL de Fremont en Californie  . La liste complète des matériels homologués est tenue à jour sur le site Qualcomm. Il est recommandé de vérifier la présence dans cette liste du matériel dont l’achat est envisagé, des matériels  »dits conformes » commencent à apparaître sur le marché……

1°) Principe du protocole:

Il est assez difficile de trouver des éléments techniques concernant ce protocole. J’ai trouvé ce schéma sur le site HTC qui donne quelques informations

quickcharge_2.0_spec

Ces éléments m’ont conduits à faire un test sur ma tablette Sony Xpéria Z3 compact qui est certifiée conforme Quick Charge 2.0: Les tension des  lignes D+ et D- sont entre 0.14 et 0.38V au repos . Lorsqu’un chargeur,  lui aussi certifié conforme, est connecté on constate que les tensions des ligne D+ et D- passent immédiatement à  0,7 V , la tension chargeur est à 5V, puis une fraction de seconde plus tard la tension de la ligne D+ passe à  3,3 V  alors que la tension de la ligne D- reste vers les 0,8V , le tension chargeur passe alors à 9V. On se retrouve alors bien dans la configuration décrite sur le schéma HTC ci-dessus.

Si on utilise un chargeur standard la tension des lignes D+ et D-  restent aux alentours de 0.9V et la tension du chargeur reste à 5V.

De même  si on utilise un câble de charge sans ligne de données ou un dock sans contact avec les lignes de données, le chargeur même certifié Quick Charge 2.0 reste avec une tension de sortie de 5V, puisqu’il ne peut pas identifier le type de smartphone ou de tablette auquel il est connecté.

Si on connecte un smartphone ou  une tablette non conforme au protocole Quick Charge 2.0 à un chargeur certifié la tension de sortie du chargeur reste aussi à 5V

2°) Chargeur testé:

J’ai utilisé le chargeur AUKEY PA-T2 qui dispose d’une sortie conforme Quick-Charge 2.0 et deux sorties  »traditionnelles ».

 

Chargeur Aukey PA-T2 b

 

J’ai relevé les caractéristiques courant tension de ces deux types de sorties sur des charges résistives. La caractéristique du chargeur Sony fourni avec la tablette Xperia Z3 compact est aussi représentée pour comparaison

Caracteristiques chargeurs Aukey Sony

En connectant la tablette Sony en parallèle du jeu de résistances de test on peut effectuer un relevé de caractéristiques de la sortie QC2.0 configurée en 9V:

Caracteristiques chargeursAukey 9V

 

On peut noter que les performances en courant annoncées : 2A sur les sorties en 5V ou 9V sont largement tenues

3°) Résultats des tests en vraie grandeur

A) Tablette Sony Xperia Z3 compact

Afin de mettre d’évaluer l’apport d’un chargeur Quick Charge2.0, j’ai effectué les relevés des courants de charge obtenus d’une part avec le chargeur Sony EP et le cordon, tous deux fournis avec la tablette  et d’autre part  avec le chargeur Aukey connecté sur la sortie QC 2.0 et le cordon fourni avec.

Charge Sony vs Aukey

 

On constate une très nette réduction du temps de charge: on passe de 4h46mn  à 2h27mn , soit presque une réduction par deux du temps de charge….. Spectaculaire.

Vu les niveaux de courant atteints: 2,7A ,on peut se demander si les caractéristiques électriques des cordons USB et de leurs connecteurs ne deviennent pas critiques. J’ai donc associé  le chargeur Aukey à des cordons de différents fournisseurs.

Tablette Sony test cordons

Les relevés reportés dans cette figure montrent que c’est la cordon Sony livré avec la tablette qui est le plus performant.

On a enregistré des courants de charge de 3A alors que la notice du chargeur n’indique que 2 A. En fait la tension de sortie du chargeur descend nettement en dessous de 9V ( on est déjà à 8,2V avec 2,8A sur le relevé effectué), mais elle reste suffisante pour fournir 3A à la tablette avec un très bon cordon, Par contre les  9V de sortie ne sont même pas suffisants pour atteindre les 2A avec un mauvais cordon comme le  »no name »  utilisé ici……

Il faut donc être attentif à la qualité des cordons pour tirer la meilleur parti de ce type de chargeurs.

B) Smartphone Nexus 5

Le smartphone Nexus 5 n’est pas Quick Charge 2.0 compatible. Que peut apporter dans ce cas le chargeur Aukey?

Charge Nexus  fonction du chargeur

Ces essais ont été réalisés avec le cordon USB Sony qui s’est révélé être le plus performant au cours des essais sur la tablette.

Le chargeur Aukey ne se révèle pas le plus performant dans cette série d’essais comparatifs. On peut se demander d’où provient la différence entre ces chargeurs?

Caracteristiques chargeurs a

On constate que le courant de charge est d’autant plus élevé que le tension de sortie du chargeur est élevée. Ainsi le chargeur LG , bien que limité en courant à 1,2A délivre plus de courant lors de la charge du Nexus 5 que le chargeur Sony qui lui est censé pouvoir délivrer 1,5A …..

Comment interpréter cette observation?

J’ai comparé la tension du chargeur EP-TA10EWE directement à la sortie du boitier puis au bout du cordon Sony ( au niveau de la prise micro-usb) : J’ai obtenu les résultats suivants:

 Simulations de pertes

On constate que , bien que la tension de sortie du générateur augmente quand le courant augmente, il se passe exactement le contraire au bout du câble ,c’est à dire  à l’entrée du smartphone ou de la tablette ( courbe rouge) . On obtient une bonne simulation de cette observation (courbe verte) en introduisant une  résistance série de 0.31Ohm  au schéma équivalent du chargeur. Cette dernière résistance représente l’ensemble des résistances liées aux  connecteurs, à leurs contacts et au câble du cordon.

On constate que les pertes de tension peuvent vite devenir importantes et limiter la disponibilité de courant pour le smartphone ou la tablette à charger. C’est cette observation qui a conduit Qualcomm à introduire  d’autres tensions de chargeur: 9V et 12V. Toutes fois on se rend compte que basculer de 5V à  9V la tension d’alimentation est loin de tout régler: on voit bien que la chargeur Aukey ne travaille pas du tout dans des conditions normales quand il alimente la tablette Sony : le courant de 3A et la tension correspondante ( probablement inférieure à 8V) sont en dehors des spécifications du chargeur: 2A et 9V …… Il est probable que c’est la raison pour laquelle le nouveau standard Qualcomm QC3.0 prévoit des incrémentation de la tension de sotie du chargeur par pas de 0,2V ….. C’est bien plus satisfaisant sur le plan théorique, reste à le mettre en place en pratique sans créer des chargeurs trop complexes.

 

4°) Conclusion

Le nouveau protocole de charge QuickCharge 2.0 accélère effectivement la charge des  smartphones et tablettes compatibles avec cette norme. Par contre il faut être attentif à la qualité des cordons utilisés faute de quoi on peut perdre une grande partie de l’avantage de cette norme.

L’analyse de divers chargeurs à ma disposition montre que la vitesse de charge des  smartphones et tablettes est aussi corrélée au niveau effectif des tensions des chargeurs utilisés. Ce paramètre n’apparaît pas dans  les caractéristiques  des chargeurs indiquées par les fournisseurs…… c’est dommage…..

Dans tous les cas la vitesse de charge des smartphones et tablettes est aussi plafonnée par le courant maximal que peut admettre chacun de ces smartphones ou tablettes. Ainsi la courbe de charge du Nexus 5 obtenue avec la chargeur Samsung EP-TA10EWE et le cordon Sony s’est révélée être la courbe maximale, en effet certains autres chargeurs et câbles m’ont donné exactement la même courbe de charge.

 

Test compratif de transmission de données entre Galaxy Nexus vs Toughshield R500+ et Rangerfone S19

1°) Les cartes SIM

Le Toughshield R500+ et le RangerFone S19 ( qu’on peut trouver aussi sous la référence S15 chez certains distributeurs) offrent la possibilité d’installer deux cartes. Le Samsung Galaxy Nexus n’accepte qu »une carte SIM

Sur le R500+, le choix du connecteur de la carte SIM fixe le mode de communication : Connecteur 1: WDCMA (3G/UMTS) ; Connecteur 2: GSM (2.5/2.75G)

(Voir en annexe les débits moyens de chaque protocoles)

logements carte SIM

Sur le S19 le mode de communication WCDMA/GSM est aussi défini par le choix du connecteur dans lequel on place la carte SIM.

S15 support cartes

Sur le  Samasung Galaxy Nexus  Le mode 3G est proposé par défaut. Il est possible d’imposer le mode 2G ( GPRS/EDGE) dans la section  »Paramètres du réseau mobile ».

2°) Conditions des tests:

Les deux tests présentés ici ont été réalisés avec deux cartes SIM Bouygues Telecom attachées à deux abonnements identiques.

Les smartphones ont été testés 2 par 2 ,en même temps, placés côte à côte dans le même véhicule.

Les données de communication sont enregistrées par l’application VDLysPDA Geo ( option Cidlog activée voir ici :http://tuto.vdlys.com/Website1.php?data=VDLysPDA_Geo) . Cette application  envoie un relevé de position GPS toutes les minutes et attend l’accusé de réception du serveur pour valider le transfert de donnée. Le volume de donnée à chaque transaction est de quelques octets seulement.

Les données validées sont notées OK. Si l’accusé de réception n’est pas reçu, la donnée correspondante est notée NOK.

A chaque transfert de données les caractéristiques de l’émetteur radio sont enregistrées dans un fichier de log. Chaque ligne du fichier est composé des éléments suivants : Exploitant, date et heure, CID,LAC , niveau de réception, type de transfert de données : Edge; UMTS etc, coordonnées GPS et  résultat de la transmission des données ( OK/NOK).

3°) Résultats

            I) Le secteur de St Clair sur Epte sur lequel on se penche particulièrement ici est couvert par un  émetteur Bouygues Telecom dont les caractéristiques déclarées sont les suivantes:

Emetteur St Clair sur Epte

(Source www. cartoradio.fr)

                  a) R500+ et S19 en WCDMA à St Clair sur Epte

test comparatif R500+( Carte SIM en 1:WCDMA)  vs  S19 ( carte SIM en  WCDMA)

Exploitant

date heure

CID

LAC

P

Mode

Lati

Longi

BYTEL

20140729214100

246

32158

CONNECTED

13

EDGE

49,206681

1,67899

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729214104

246

32158

CONNECTED

13

EDGE

49,205885

1,67832

OK

R500+

BYTEL

20140729214205

246

32158

CONNECTED

19

EDGE

49,204953

1,67316

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729214209

246

32158

CONNECTED

26

EDGE

49,205932

1,67167

OK

R500+

BYTEL

20140729214307

246

32158

CONNECTED

18

EDGE

49,208556

1,66808

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729214311

246

32158

CONNECTED

24

EDGE

49,209229

1,66823

OK

R500+

BYTEL

20140729214409

246

32158

CONNECTED

27

EDGE

49,209806

1,6685

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729214413

246

2459156

CONNECTED

30

EDGE

49,209818

1,66844

NOK

R500+

BYTEL

20140729214511

246

32159

CONNECTED

24

EDGE

49,209806

1,6685

OK

S19

20140729214524

-1

-1

49,209818

1,66844

NOK

R500+

BYTEL

20140729214615

246

32159

CONNECTED

26

EDGE

49,209806

1,6685

OK

S19

20140729214634

-1

-1

49,209818

1,66844

NOK

R500+

BYTEL

20140729214717

246

32159

CONNECTED

27

EDGE

49,20977

1,66849

OK

S19

20140729214735

-1

-1

49,209818

1,66844

NOK

R500+

BYTEL

20140729214820

246

32159

CONNECTED

25

EDGE

49,20977

1,66849

OK

S19

20140729214836

-1

-1

49,209818

1,66844

NOK

R500+

BYTEL

20140729214922

246

32159

CONNECTED

28

EDGE

49,20977

1,66849

OK

S19

20140729214937

-1

-1

49,209002

1,66809

NOK

R500+

BYTEL

20140729215024

246

32158

CONNECTED

20

EDGE

49,207919

1,66791

OK

S19

20140729215039

-1

-1

49,207363

1,66955

NOK

R500+

BYTEL

20140729215126

246

32158

CONNECTED

21

EDGE

49,204535

1,67364

OK

S19

20140729215140

-1

-1

49,203797

1,67646

NOK

R500+

BYTEL

20140729215228

246

32158

CONNECTED

13

EDGE

49,206488

1,67875

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729215248

246

32158

CONNECTED

17

EDGE

49,207082

1,68045

OK

R500+

BYTEL

20140729215330

246

32157

CONNECTED

11

EDGE

49,204919

1,68391

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729215350

246

32158

CONNECTED

16

EDGE

49,203278

1,6877

OK

R500+

BYTEL

20140729215434

246

32158

CONNECTED

5

EDGE

49,199358

1,69628

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729215452

246

32158

CONNECTED

10

EDGE

49,19728

1,70063

OK

R500+

BYTEL

20140729215538

246

32158

CONNECTED

11

EDGE

49,192836

1,71133

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729215555

246

32158

CONNECTED

13

EDGE

49,19109

1,71544

OK

R500+

BYTEL

20140729215650

246

32158

CONNECTED

12

EDGE

49,185558

1,72876

OK

S19

Bouygues Telecom

20140729215657

246

32158

CONNECTED

17

EDGE

49,185204

1,72964

OK

R500+

Les données sont classées par ordre chronologique.

On constate qu’en arrivant vers St Clair sur Epte les deux smartphones sont connectés sur le même canal ( LAC) du même émetteur (CID) : 32158/246. Les données sont transférées  avec succès. Puis le R500+ cherche à se connecter sur le canal 2459156 !!!!. Ce canal correspond à une communication UMTS. La liaison est un échec , donc les données ne sont pas transférées: Notées NOK

Ce qui suit est plus gênant: Le R500+  n’arrive plus à se connecter et les 7 tentatives suivantes de transfert de données sont un échec.

Pendant ce temps de S19 fonctionne correctement. Il nous indique un niveau de réception très élevé, ce qui parait normal : on est à proximité immédiate de l’émetteur.

En s’éloignant, le niveau de réception baisse,  le R500+ arrive alors à rétablir la connexion avec l’émetteur.

                         b) R500+ en GSM et Galaxy Nexus à St Clair sur Epte

Test comparatif Galaxy  Nexus ( noté GN)   vs  R500+ (carte SIM en 2: GSM)

B.T.

20140617202925

256

458

CONNECTED

13

EDGE

49,19825

1,69862

OK

R 500+

B.T.

20140617203011

20371

2459156

CONNECTED

24

UMTS

49,205897

1,67187

OK

GN

B.T.

20140617203027

256

458

CONNECTED

13

EDGE

49,205905

1,68685

OK

R 500+

B.T.

20140617203115

20371

2459156

CONNECTED

24

UMTS

49,209549

1,66834

OK

GN

B.T.

20140617203129

256

458

CONNECTED

13

EDGE

49,209483

1,68362

OK

R 500+

B.T.

20140617203218

20371

2459156

CONNECTED

20

UMTS

49,209915

1,66853

OK

GN

B.T.

20140617203231

246

32157

CONNECTED

13

EDGE

49,206659

1,67873

OK

R 500+

B.T.

20140617203334

246

32158

CONNECTED

22

EDGE

49,205672

1,67216

OK

R 500+

B.T.

20140617203422

246

32159

CONNECTED

31

EDGE

49,209775

1,66863

OK

GN(1)

B.T.

20140617203438

246

32158

CONNECTED

24

EDGE

49,209428

1,66827

OK

R 500+

B.T.

20140617203525

246

32159

CONNECTED

29

EDGE

49,209195

1,66818

OK

GN

B.T.

20140617203540

246

32159

CONNECTED

29

EDGE

49,209823

1,66849

OK

R 500+

B.T.

20140617203627

246

32158

CONNECTED

26

EDGE

49,206505

1,67088

OK

GN

B.T.

20140617203644

246

32159

CONNECTED

29

EDGE

49,209823

1,66849

OK

R 500+

B.T.

20140617203729

246

32158

CONNECTED

21

EDGE

49,205026

1,67799

OK

GN

B.T.

20140617203746

246

32159

CONNECTED

29

EDGE

49,209823

1,66849

OK

R 500+

B.T.

20140617203831

246

32158

CONNECTED

22

EDGE

49,206087

1,68162

OK

GN

B.T.

20140617203848

246

32159

CONNECTED

27

EDGE

49,209255

1,66818

OK

R 500+

B.T.

20140617203933

246

32158

CONNECTED

19

EDGE

49,200722

1,69333

OK

GN

B.T.

20140617203950

246

32158

CONNECTED

25

EDGE

49,206549

1,67075

OK

R 500+

B.T.

20140617204035

246

32158

CONNECTED

17

EDGE

49,194013

1,70807

OK

GN

B.T.

20140617204053

246

32158

CONNECTED

27

EDGE

49,204986

1,67793

OK

R 500+

B.T.

20140617204138

246

32158

CONNECTED

14

EDGE

49,187349

1,72436

OK

GN

B.T.

20140617204155

246

32158

CONNECTED

27

EDGE

49,206023

1,68165

OK

R 500+

B.T.

20140617204242

246

32158

CONNECTED

25

EDGE

49,183015

1,73479

OK

GN

B.T.

20140617204257

246

32158

CONNECTED

27

EDGE

49,200954

1,69304

OK

R 500+

B.T.

20140617204344

246

32516

CONNECTED

13

EDGE

49,176017

1,75137

OK

GN

B.T.

20140617204359

246

32158

CONNECTED

27

EDGE

49,194343

1,70769

OK

R 500+

B.T.

20140617204446

246

32054

CONNECTED

17

EDGE

49,165711

1,76176

OK

GN

B.T.

20140617204502

246

32158

CONNECTED

27

EDGE

49,187502

1,72412

OK

R 500+

Ce relevé réalisé dans le même secteur que le précédent montre que le R500+  configuré en GSM n’a pas rencontré de problèmes de connexions.

Le relevé sur le Galaxy Nexus  nous apprend que le canal 2459456 est bien de l’UMTS et que l’émetteur correspondant est le 20371 et non le 246 ……

Par la suite ( A partir de la ligne repérée GN(1)) le Galaxy Nexus a été bloqué en 2G de manière à pouvoir mieux comparer le comportement des deux smartphones.

   II) Bilan sur l’ensemble du test, comportant environ 130 transferts de données:

                       – Perte complète de connexion: On ne récupère aucune donnée de l’émetteur: Exemple de donnée collectée:

20140617210615

-1

-1

      49.080899 2.003806 NOK R500+

                   R500+ /WCDMA : 7 cas ( en plus du cas de St Clair sur Epte présenté plus haut )

                   S19      /WCDMA : 0 cas

                   R500+ /GSM        : 2 cas ( dont 1 comportant 2 tentatives successives)

                   Galaxy Nexus       : 0 cas

                        – Echec de connexion:  On récupère seulement l’identification de l’émetteur et du canal mais la connexion data n’a pu être établie

B.T.

20140729230246

20181

33967895

     

48,93978

2,251455

NOK R500+

                   R500+ /WCDMA : 1 cas ( comportant 2 tentatives successives)

                   S19      /WCDMA : 1 cas ( comportant 5 tentatives successives)

            Ces deux cas ont été observés au même endroit , devant un feu rouge, ce qui explique le nombre de tentatives successives enregistrées. Il peut y avoir aussi un doute sur le fonctionnement de l’émetteur correspondant au moment du passage

                  R500+ /GSM        : 0 cas

Galaxy Nexus      : 0 cas. Ce cas d’échec de connexion ( observé très rarement avec le GN) peut correspondre à un émetteur en panne spécifique sur la transmission de données, mais pas sur la téléphonie . Il convient de confirmer la panne par plusieurs relevés à des moments différents pour avoir quelque chance d’être crédible auprès de l’exploitant…….( Expérience vécue……)

                        – Echec de  transmission de données : Accusé de réception des données pas reçu.

B.T.

20140617211535

246

30681

CONNECTED

9

EDGE 49.081575 2.069395 NOK R500+

                     R500+ /WCDMA : 1 cas ( en plus du cas de St Clair sur Epte)

                     S19      /WCDMA : 7 cas

                     R500+ /GSM       : 2 cas

                     Galaxy Nexus      : 0 cas. A l’issue de nombreux relevés effectués avec ce smartphone, son taux d’échec se révèle inférieur à 1%; tout à fait satisfaisant pour un matériel  »grand public »

 

4°) Commentaires :

            Le R500+/

Le taux d’échecs de transfert  du R500+ est de 8/130 en WDCMA. et de 4/130 en mode EDGE

Le R500+ a du mal à se régler quand le niveau de réception est très élevé .en WCDMA..

L’observation visuelle du fonctionnement en WCDMA montre que le smartphone change beaucoup plus fréquemment d’émetteur que les autres smartphones. Est-ce l’une des origines du problème?

  Le S19

            Le S19 n’a été testé pour l’instant qu’en WCDMA; son taux d’échecs est similaire au R500+: 7 /130 . Ces échecs ont tous eu lieu à un niveau de réception inférieur à 11. A l’opposé du R500+ on peut se demander si le processus de changement d’émetteur n’est pas trop lent ou se déclenche à un niveau trop faible .

   Le Samsung Galaxy Nexus  On n’a enregistré aucun échec avec ce smartphone sur ce test. En fait les enregistrements du fonctionnement des transferts de données sont faits en permanence sur ce smartphone. On enregistre un taux d’échecs moyen inférieur à 1%.

            Sur St Clair sur Epte où la seule offre 3G (UMTS) est en 900MHz on constate que les deux smartphones  R500+ et S19 fonctionnent en 2G (EDGE) faute de disposer de la  gamme 3G en 900MHz alors que le Galaxy Nexus l’exploite.

5°) Conclusions

Ces tests montrent que le transfert de données  »en live » n’est pas très fiable avec le R500+ et le S19. Il est indispensable que les applications qui mettent en oeuvre des transferts de données disposent d’une mémoire tampon permettant ce transfert de données en différé et effectuent autant de tentatives de transferts que nécessaire jusqu’au succès de la transmission. L’absence de la bande 3G 900MHz n’est un handicap qu’au niveau de la vitesse de transmission, les smartphones basculant automatiquement en 2G  EDGE, si le fournisseur la met à disposition ou sinon en GPRS, encore un peu plus lent…..

6°) Annexe:  Débits moyens selon les protocoles ( Source Wikipédia)

              2G GSM Échanges de type voix uniquement 9,05 kbps

2.5G

GPRS Échange de données ou voix( pas les deux en même temps) 17,9 kbps

2.75G

EDGE Basé sur réseau GPRS existant 64 kbps

3G

UMTS Voix + données 144 kbps rurale, 384 kbps urbaine,1,9 Mbps point fixe

3.5G ou 3G+ ou H

HSDPA Évolution de l’UMTS 3,6 Mbps

3.75G ou 3G++ ou H+

HSDPA+ Évolution de l’UMTS 5 Mbps

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