Type-c设计，PD相关软硬件实现详解

参考文献

通用串行总线电力传输规范，版本2.0， 2016年3月25日
通用串行总线Type-C线缆和连接器规范1.2， 2016年3月25日

Type-c 的引脚功能

分为AB两边，每边12PIN

A6 和A7

• 兼容了USB 2.0接口，插座上A6,A7与B6,B7对应的引脚是连在一起的。

CC1和CC2：

• CC用于发现，配置和管理通过USB Type-C线缆建立连接
• 在实际使用中只使用一个CC通道，另外一个CC配置成Vconn，对emark供电

Emark是线缆上的一颗IC，会将线缆的供电能力输出，如果线缆的供电能力3A及以上必须输出信息。

SUB1和SUB2

• 复用功能，如Audio模式，DP模式，通过这两个线实现

VBUS

• 供电的线路，可在5V-20V之间调节，最大20V/5A 即100W供电
  疑问：TI部分产品能实20V/10A 即200W的供电，协议如何处理。
• 通过CC通道和线缆or总线进行协商，主从端进行协商，具体的电压电流（使用单片机or IC 控制即控制cc上协商的数据从而改变输出）

高速信号线

• USB3.1 Tx1 Tx2,Rx1 Rx2进行高速的数据传送

Type-c 的配置处理

连接时包含一个配置处理的过程，目的有两个

• 检测一个DFP连接去一个UFP的连接
• 管理VBUS

配置过程

• SRC to SINK插入或者拔出检测
• 插入的正反方向检测
• 初始化电源（ SRC-SINK） 和建立数据关系。

逻辑USB –C线上下拉电阻

逻辑USB –C ADAPTER上下拉电阻

• 供电（ source） 通过Rp的阻值来告诉耗电（ sink） 自己的默认供电电流：
  例：5V1.5A的设备就是上拉电阻22K
  Source端默认的上拉电阻是56K，通过改变上拉电阻的阻值（漏电流）来告诉设备有更强的驱动能力。

• Sink 端的下拉电阻同Source

Type-c 信号介绍–USB各版本的差异

USB Type-C口角色定义

可以通过USB的PD协议进行动态的切换

数据角色

• DFP --Houst–主机
• UFP–Device–从机

电源角色

• SOURCE 纯供电方
• SINK 纯耗电方
• DRP（ Dual role power） 双重角色的的可供电设备。

SOURCE到SINK连接

下图示意了CC线上链接的示意图

下图示意了CC线上不同的上下拉电阻，所代表的不同设备使用情况的检测。PD协议中有详细的规范。

• 如果cc1和cc2 两个都是开即没有连接
• 如果有一个cc检测到Rd，即cc线得到连接，

Sink端的结构

• Sink 必须有两个下拉电阻（ Rd） 分别连接到 两条CC脚上。
• SINK通过检查到VBUS来确定一个Source的连接
• SINK通过CC脚上的上拉来建立和检查一个正确的高速USB数据路径（ 正反向）
• 如果sink 支持PD和/或者VDM,需要CC通讯

Rd分别加在cc1和cc2上

Source端的结构

• Source 必须有两个上拉电阻（ Rp） 分别连接到两条CC脚上， 并且同时监测SINK
• Source源在CC1和CC2上提供上拉电阻(Rp)， 并监控两者以检测SINK。 在任何一个引脚上存在一个Rd下拉电阻表明正在连接一个Sink。 Rp的值表示主机支持的初始USB Type-C当前供电能力。
• Source用CC pin下拉特性来检测和建立高速USB数据路径的正确路由， 并确定哪个CC pin用于提供VCONN
• 一旦检测到SINK， Source将启用VBUS和VCONN
• Source可以动态的调节Rp值（默认52K）， 来告诉SINK可以改变usb type-c电流
• Source应该实时监控Rd(sink端) 一旦SINK断开， 应该立刻断开已供电源（ Vbus， Vconn）
• 如果Source 支持PD和/或者VDM,需要CC通讯

下图就是Source端的链接示意图：

DRP(Dual Role Port)双端口

• 在VBUS中启用/禁用电源， 最初在DFP模式中禁用VBUS
• 在建立一个特定的稳定状态之前， DRP、在将自身暴露为DFP和UFP之间交替进行，尝试检测设备的模式。
• 当DRP作为DFP呈现时， 它遵循DFP的操作来检测一个附加的UFP。如果检测到UFP， 它将应用VBUS，VCONN， 并继续作为DFP进行操作。
• 当DRP作为UFP呈现时， 它会监视VBUS，以检测它是否与DFP 相连，如果检测到DFP， 它将继续作为UFP运行

注：DRP模式中会不断的检测Vbus以及Vconn的电源，设备需要供电时会给上电源，但是通信模式不变

线路连接示意图：

Type-c 线定义

带Rmark的Type-c线

CC通道的配置目的

在功能上， 配置通道(CC)用于以下目的:
• 检测USB端口的连接/分离， 例如DFP到UFP， 配置VBUS
• 解析电缆方向和twist来建立USB数据总线路由，
• 建立两个连接端口之间的DFP和UFP角色
• USB电源传输通信

Type-C 接口可以实现两类附属模式（ accessory mode）

• 音频模式（ audio）：通过检查到CC1和CC2上都有Ra时来进入音频模式
  
• 调试模式（ Debug Accessory Mode ,DAM）
  通过检查到CC1和CC2上都有不同的Rp和Rd阻值来决定进入不同的调试模式DTS或者TS
  此模式使用较少

Type-C 采样BMC（ Biphase Mark Coding） 编码

BMC（ Biphase Mark Coding） 编码定义

数据是0，则电平不变，如果数据为1，则在数据有效位的中间产生一个数据翻转
BMC有一个固定的频率翻转，如果Data线上是0，则固定频率不变，如果是1，则在BMC的1/2频率上产生一次翻转。

• 传输速度为300kbps± 10%
  

数据到CC传输(发送)

4b5b的解释

CC数据到数据（接收）

PD协议

PD2.0和3.0的差异对比

USB PD包的结构

- Preamble ：64bit[1010101…]0开始的包含64个0和1的序列，不进行4b5b编码。
-SOP：不同数据包的开始，像接收者指明包的开始，谁是此消息的接收者（SOP, SOP '， SOP ‘’）是单向的，发一个再回来一个。

USB PD消息

CRC是32位的， 引用头和所有数据。
• 不包括前言、 SOP和EOP。
• 多项式= 0x04C1 1DB7
• 初始值= 0xFFFF FFFF

EOP是单k码(5位)
• 它触发当前帧的CRC结束(开始计算)。
• 它可以在任何时候发送， 以提前结束一个数据包始

主从端电源协商协议

1. Source插入发现设备
2. Cable Plug返回信息，建立连接给ACK.SOP’’(此时连接已经建立)
3. source capabilities 通过Rp,提供 供电能力信息，sink request 描述需要的电
4. 接受（accept）则PS_ready 开始供电
   

设备的切换

电源的切换序列

电源的切换，这个在电力的角色切换，数据没有被切换

Sink不支持

Sink支持，但此时在忙，一会继续通信

数据的切换序列（空）

例子–USB Dock with DisplayPort

连接拓扑图

• cc进行初始化的操作
• SBUS做信号的传输
• TX2/Rx2 做高速信号的传输

支持音频拓展，DP的拓展

管脚分派

A5：cc直连
USB正常连接
A8:audio 设备的配置
B3B2:做DP的数据传输

• Discover SVIDs
• Discover Modes
• 
  • Enter mode
  • Config displayport

以上配置都在cc中进行配置。

USB在STM32G0上的实现（空）

实现的方案

乘风破浪的USB Type-C™和PD
http://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-625939-1-1.html

满足USB Type-C™应用需求的STM32/ STM8解决方案包括：
· 使用STM8或STM32 MCU的入门级“仅USB-C”解决方案
· UCPD认证的STM32微控制器和保护 USBType-C™ 端口 TCPP01-M12 配套芯片，用于
· X-CUBE-USB-PD软件包，可简化在任何STM32 MCU上实施Type-C™端口管理器

ST MCU 现有STM32G4、STM32L5、 STM32G0等系列微控制器支持USB Type-C和Power delivery接口（UCPD）IP。UCPD功能与STM32CubeMX软件工具兼容，可以配置外设为Sink、Source或Dual Role

X-CUBE-USB-PD
STM32G0技术详解 _ Type-C-UCPD
https://zhuanlan.zhihu.com/p/84023742