概要
iPhone/iPadはUSB経由で充電を行いますが，標準的なUSB2.0規格であれば500[mA]しか流すことができません．
iPhone/iPadに対応した充電器は，USBのデータ通信線D+とD-に規定の電圧を流すことで，より多くの電流に対応していることをiPhone/iPadに伝えます．
今回，D+とD-を複数の組み合わせで試し，iPadを高速に充電するためにはD+を2.7[V]，D-を2.7または2.0[V]とすべきであると結論づけました．
なお，iPhoneは機種ごとに最大給電電力が異なるため，12Wフルで活用されることはありません．
はじめに
スマートフォンやタブレットはUSB経由で充電します．
しかしながら，充電器で一般的なUSB 2.0端子は500[mA]しか流せません．
iPhoneやiPadは，より高速な充電のためにD+，D-の電圧がある特定の値のとき，より多くの電流を受けるようになっています．
Apple公式のドキュメントというのは公開されていないようなので，ネットで情報を集めた感じ次のような電圧のようです．
| D+の電圧 | D-の電圧 | 設定最大電流[A]（おそらく） |
|---|---|---|
| 2.0 | 2.0 | 0.5 |
| 2.0 | 2.7 | 1.0 |
| 2.7 | 2.0 | 2.1 |
| ??? | ??? | ??? |
らしいです．というわけで，ちょっと実験してみました．
実験1
実験方法
通常の充電器の性質を知るために，iPadを高速に充電できる，充電器について，D+，D-の電圧，iPad充電時の電流を調べました．
なお，D+，D-の電圧はiPad未接続時
実験環境
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| 端末 | iPad Pro 2017 10.5 | バッテリー残量は10〜20% |
| 配線 | Apple 純正 ライトニングケーブル（1m） | |
| 電源 | ALINCO DM-330MV | 5Vに設定 |
| テスタ | METEX M-6000H |
実験結果
電圧
| データ線 | iPad未接続時の電圧[V] | iPad接続時の電圧[V] |
|---|---|---|
| D+ | 2.678 | 3.245 |
| D- | 2.675 | 0.029 |
電流
1.60[A]
考察
iPad 未接続時の電圧はD+，D-共に約2.7[V]でした．
これは事前に調べた，どの組み合わせにもあてはまりません．
このパターンも含めて回路を自作して試すことにします．
実験2
実験方法
以下の回路図に示すような回路を用意し，それぞれの端子にiPadを接続したときの電流値を測定しました．
4つのUSB端子について，D+とD-の電圧を4パターン試してみました．
上記記事の3つに加えて，D+，D-ともに2.7[V]となる組み合わせも試しました．
左から順に1.0[A]，2.1[A]，???[A]，0.5[A]となるように設定しました（上記の記事が正しければ）．
実験環境
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| 端末 | iPad Pro 2017 10.5 | バッテリー残量は10〜20% |
| 配線 | Apple 純正 ライトニングケーブル（1m） | |
| 電源 | ALINCO DM-330MV | 5Vに設定 |
| テスタ | METEX M-6000H |
基板の事前測定
電源電圧 5.091[V]時
| 設定最大電流 | D+ 目標電圧 | D+測定電圧 | D- 目標電圧 | D-測定電圧 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 | 2.0 | 2.042 | 2.0 | 2.044 | ||
| 1.0 | 2.0 | 2.028 | 2.7 | 2.726 | ||
| 2.1 | 2.7 | 2.723 | 2.0 | 2.023 | ||
| 2.4 | 2.7 | 2.724 | 2.7 | 2.723 |
実験結果
左：1.0[A]，右：2.1[A]
左：???[A]，右：0.5[A]
| D+の電圧 | D-の電圧 | 設定最大電流[A]（おそらく） | 実測電流[A] |
|---|---|---|---|
| 2.0 | 2.0 | 0.5 | 0.47 |
| 2.0 | 2.7 | 1.0 | 0.95 |
| 2.7 | 2.0 | 2.1 | 1.46 |
| 2.7 | 2.7 | ??? | 1.54 |
設定最大電流の小さい2つ（0.5[A]，1.0[A]）は実測電流がそれよりわずかに下回る値を測定しました．
0.5[A]のときは，iPadのステータスバーに「充電していません」と表示されました．
設定最大電流2.1[A]のとき，実測電流は1.46[A]と，大きく下回りました．
設定最大電流のわからない組み合わせのとき，実測電流は1.54[A]と設定されました．
考察とまとめ
一番大きな電流が流れたのは，D+，D-共に2.7[V]の1.54[A]でした．実験1の結果と，以上の結果を踏まえるに，設定最大電流は
| D+の電圧 | D-の電圧 | 設定最大電流[A] |
|---|---|---|
| 2.0 | 2.0 | 0.5 |
| 2.0 | 2.7 | 1.0 |
| 2.7 | 2.0 | 2.1 |
| 2.7 | 2.7 | 2.4? |
と埋められるべきではないでしょうか．
一方で，電流は最大でも1.6[A]以下しか流れませんでした．
バッテリは残量10〜20%になるまで減らしてあるので，てっきり2.4[A]ギリギリまで流れる組み合わせがあると思っていたのですが，実際には異なりました．
iPadの充電電流についてもっと調べる必要がありそうです．
とりあえず，iPadを高速充電するにはD+を2.7[V]，D-を2.7または2.0[V]とすべきであるとは言えそうです．
現状，最良の選択肢は，D+，D-共に2.7[V]となる組み合わせです．
| データ線 | ハイサイド抵抗[Ω] | ローサイド抵抗[Ω] |
|---|---|---|
| D+ | 39k | 47k |
| D- | 39k | 47k |
