细谈Type-C、PD原理（二）

目录

一、Type-C简介以及历史

二、Type-C Port的Data Role、Power Role

三、Type-C的Data/Power Role识别协商/Alt Mode

四、如何进行数据链路的切换

五、相关参数/名词解释

六、PD协议简介

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五、相关参数/名词解释

5.1 上拉电阻Rp

Rp有6个参数（5V档位和3.3V档位各3个），指示着不同的供电能力。

5.2 下拉电阻Rd

都是5.1K电阻下地，能否检测电源供电能力，取决于电阻的精度。

5.3 线材中的下拉电阻Ra

最小值800 ohm，最大值1.2K

5.4 名词/连接状态解释

名词：

Alternate Mode Adapter(AMA)：支持PD USB交替模式的设备，作为UFP存在

Alternate Mode Controller (AMC)：支持PD USB交替模式的主机，作为DFP存在

Augmented Power Data Object(APDO)：体现Source端的供电能力或者Sink的耗电能力，是一个数据对象

Atomic Message Sequence(AMS)：一个固定的信息序列，一般作为PE_SRC_Ready, PE_SNK_Ready or PE_CBL_Ready的开始或者结束

Binary Frequency Shift Keying (BFSK)：二进制频移键控

Biphase Mark Coding(BMC)：双相位标识编码，通过CC通信

Configuration Channel (CC)：配置通道，用于识别、控制等

Constant Voltage (CV)：恒定电压，不随负载变化而变化

Current Limit (CL)：电流限制

Device Policy Manager(DPM)：设备策略管理器

Downstream Facing Port(DFP)：下行端口，即为HOST或者HUB下行端口

Upstream Facing Port(UFP)：上行端口，即为Device或者HUB的上行端口

Dual-Role Data (DRD)：能作为DFP/UFP

Dual-Role Power (DRP)：能做为Sink/Source

End of Packet (EOP):结束包

IR Drop：在Sink和Source之间的电压降

Over-Current Protection(OCP)：过流保护

Over-Temperature Protection(OTP)：过温保护

Over-Voltage Protection(OVP)：过压保护

PD Power (PDP)：Source的功耗输出，由制造商在PDOs字段中展示

Power Data Object (PDO)：用来表示Source的输出能力和Sink的消耗能力的数据对象

Programmable Power Supply (PPS)：电源输出受程序控制

PSD：一种吃电但是没有数据的设备，如充电宝

SOP Packet：Start of Packet，所有的PD传输流程，都是以SOP Packet开始，SOP*代表SOP，SOP’，SOP’’

Standard ID(SID)：标准ID

Standard or Vendor ID(SVID)：标准或产商ID

System Policy Manager(SPM)：系统策略管理，运行在Host端。

VCONN Powered Accessory(VPA)：由VCONN供电的附件

VCONN Powered USB Device(VPD)：由VCONN供电的设备

Vendor Data Object (VDO)：产商特定信息数据对象

Vendor Defined Message(VDM)：产商定义信息

Vendor ID (VID)：产商ID

状态：

Disabled State：从CC引脚移除终端，如果不支持该状态，那么该端口在上电后直接是Unattached.SNK或Unattached.SRC，该状态端口不会驱动VBUS或VCONN，CC1和CC2会呈现高阻到地
ErrorRecovery State：从CC1和CC2引脚移除终端，接下来会根据端口类型转化为Unattached.SNK或Unattached.SRC，这相当于强制断开连接事件，并寻找一个新的连接。如果该状态不支持，则转化为支持的disabled状态，如果disabled状态也不支持，则转化Unattached.SNK或Unattached.SRC。，该状态端口不会驱动VBUS或VCONN，CC1和CC2会呈现高阻到地
Unattached.SNK State：端口等待检测到Source的出现，一个端口Dead Battery不供电时候进入这个状态，端口不能驱动VBUS和VCONN，CC1和CC2分别地通过Rd终止到地，当Source连接检测到会转化为AttachWait.SNK，意味着在一个CC引脚上有SNK.Rp。USB 2.0不支持USB PD可能在VBUS检测到直接转化到Attached.SNK
AttachWait.SNK State：端口检测到SNK.Rp状态在一个CC引脚上，并等待VBUS。端口不驱动VBUS或VCONN
Attached.SNK State：端口连接上了，并作为Sink操作，如果初始化进入这个状态同样作为UFP操作，Power和Data的状态改变可以通过USB PD Command。直接从Unattached.SNK转化过来是通过检测VBUS，不确定方向和可用的高于默认的USB Power
Try.SRC State：端口查询决定伙伴端口是否支持Sink，不驱动VBUS和VCONN，端口要在CC1和CC2上分别Source电流
TryWait.SNK State：端口成为Source失败，准备连接成Sink，不支持VBUS或VCONN，CC1和CC2分别通过Rd终止
Try.SNK State：端口查询决定伙伴端口是否支持Source
TryWait.SRC State：端口成为Sink失败，准备连接成Source

六、PD协议简介

PD协议是Power Delivery，简单来说是一种快速充电标准。

包含PD协议的Type-C 系统从Source到SINK的系统框图大致如下：

      在Source的内部包含了一个电压转换器，且受到PD控制器控制，他会根据输入电压的条件以及最高可输出规格需求，此电压转换器可以是BUCK、Boost、Buck-Boost或者反激转换器。整个通信过程都在PD控制器的管控之下，USB PD还有一个开关，用于切换VCONN电源（电缆包含电子标签时用到）。

        当电缆接通之后，PD协议的SOP通信就开始在CC线上进行，以此来选择电源传输的规格，此部分由Sink端向Source端询问能够提供的电源配置参数（5V/9V/12V/15V/20V）。

如下波形为SINK 控制器申请一个9V电压输出的例子。

（1）SINK端发起SOP，申请获取Source能提供的规格资料

（2）Source回复能提供的规格列表

（3）SINK回复选择的电压规格，并带上所需要的电流参数，并发出相应的请求

（4）Source接受请求，并且把VBUS由5V抬升到9V

（5）在电压变化期间，SINK的电流会保持尽可能小，Source端VBUS到达9V并稳定之后，会发出Ready信号

（6）SINK端电流逐步抬升，若SINK需要降低电压，会重复以上过程

需要注意的是，在电压下降期间，Source为了让电压快速降低，Source会打开放电电路，达到额定值之后，Source会等待一段时间，电压稳定之后再发出Ready信号给SINK。

这种沟通方式的好处就是能确保任何电源的变化都能在SINK和SOURCE的规格范围内，避免出现不可控情况。

      PD协议的通信编码为Bi-phase Mark Coded (BMC)，通过CC脚进行通信，如下图。 

BMC码是一种单线通信编码，数据1的传输，需要有一次高/低电平之间的切换过程，而0的传输则是固定的高电平或者低电平。每一个数据包都包含有0/1交替的前置码，起始码（SOP），报文头，数据位，CRC以及结束码（EOP）

如下图所示，展开后的CC脚PD通信波形

BMC编码的通信，也可以使用分析仪进行分析，用来抓取每个数据包，并且获得数据包的作用，如电压电流等。

PD3.0规范中，定义了以下电源配置清单：

对于5V/9V/15V来说，最大的电流为3A，在20V的配置当中，如果是普通的电流，则最大能够支持20V/3A，即60W，如果使用的是带了E-Marker的线缆，则供电能达到20V5A，即100W。

支持超高速数据传输（USB3.1）或者是供电电流超过3A，电缆都必须使用E-Marker进行标识。线缆中有IC，他们需要从VCONN获得电源。

我们注意到，线缆中有1K的下拉电阻Ra，这样在线缆插入的时候，Source会识别到CC1和CC2电压下降的情况，具体的电压会告诉主机那个端子被Sink的5.1K下拉，那个端子被线缆的1K电阻下拉。因此线缆的插入方向也可以被识别到。Source就可以通过开关，给E-Marker提供VCONN。

如下图为带E-Marker的情况：

（1）电缆接通之后，Source的一根CC线被来自VCONN的1K拉低

（2）Source检测到此电压，知道电缆中有E-Marker，因此切换VCONN到对应的CC引脚

（3）在之后，PD通信将会包含Source和E-Marker之间的通信（SOP'&SOP''）Source和Sink之间为SOP

当设备为DRP时，设备的CC1和CC2为方波，一旦连接，CC端都会发生改变。

在本次连接当中，左边的DRP做了Source，右边的DRP作为SINK，也有可能翻转过来。也可以本来就设定SOURCE或者SINK优先。

连接之后，想翻转也是允许的，只要发起角色变换请求就可以了。