Type-C PD充电简介

 

一、Type-C简介

自1998年以来，USB发布至今，USB已经走过20个年头有余了。在这20年间，USB-IF组织发布N种接口状态，包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等接口形态，由于各家产品不同，不同产品使用不同类型的插座，因此我们也要常备各种不明用途的接口转接线材。

USB协议发布时间节点

对于Type-C，USB标准化组织意识到统一和标准化问题，在定义标准时，做了如下规定：

1、接口形态

支持正反插，同时也规范了对应的线材，接口定义如下：

其中，具备全功能的Type-C应该具备E-Marker功能，由于具备E-Marker，线缆能够被读到其带电流的能力、特性、线材ID等等。E-Marker的供电电源来自于VCONN，线缆会通过下拉的电阻Ra，Source检测到之后会提供VCONN。

2、传输速率

最大传输速度10Gb/s,即是USB 3.1 Gen2标准，也支持4 Lane DP模式，传输高清图像，在供电部分，最大可以支持100W（20V/5A）

3、协商机制

为了能够区分两端USB设备的角色（Host/Device），必须有一套协商机制，便于进行角色确认，这部分通过CC(Configuration Channel)管脚进行设置。后面随着PD规范的面世，CC脚开始被用来做简单的半双工通信，用来完成POWER供给的协商。

二、Type-C Port的Data Role、Power Role

1、Type-C 的 Data Role

（1）DFP(DownstreamFacing Port)：

下行端口，可以理解为Host或者是HUB，DFP提供VBUS、VCONN，可以接收数据。在协议规范中DFP特指数据的下行传输，笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。

（2）UFP（Upstream Facing Port）：

上行端口，可以理解为Device，UFP从VBUS中取电，并可提供数据。典型设备是U盘，移动硬盘。

（3）DRP（Dual Role Port）：

双角色端口，DRP既可以做DFP(Host)，也可以做UFP(Device)，也可以在DFP与UFP间动态切换。典型的DRP设备是笔记本电脑。设备刚连接时作为哪一种角色，由端口的Power Role决定；后续也可以通过switch过程更改（需支持USB PD协议）。

2、Type-C 的 Power Role

根据USB PORT的供电（或者受电）情况，USB Type-C将port划分为Source、Sink等power角色

如下图显示常用设备的Data Role和Power Role

Power Role 详细可以分为：

a）Source Only 

b）默认Source，但是能够通过PD SWAP切换为SINK模式

c）Sink Only

d）默认SINK，但是能够通过PD SWAP切换为Source模式

e）Source/SINK 轮换

f）Sourcing Device（能供电的Device,如显示器）

g）Sinking Host（吃电的Host，如笔记本电脑）

USBType-C的插座中有两个CC脚，角色检测就是通过CC脚进行的，但是对于插头、或者线缆正常只有一个CC引脚，两个端口连接在一起之后，只存在一个CC引脚连接，通过检测哪一个CC有连接，就可以判断连接的方向。如果USB线缆中有需供电的器件，其中一个CC引脚将作为VCONN供电。

CC引脚有如下作用：

a）检测USB Type-C端口的插入，如Source接入到Sink

b）用于判断插入方向

c）在两个连接的Port之间，建立对应的Data Role

d）配置VBUS，通过下拉电阻判断规格，在PD协商中使用，为半双工模式

e）配置VCONN

f）检测还有配置其他可选的配置模式，如耳机或者其他模式

3、连接方向、Data Role、PowerRole角色检测

SourceSink Connection

Source端CC引脚为上拉，Sink端CC引脚为下拉。握手过程为接入后检测到有效连接（即一端为Host一端为Device），随后检测线材供电能力，再进行USB枚举。

a）SINK的两个CC引脚均通道Rd下拉到GND

b）SINK通过检测VBUS，来判断Source的连接与否

c）SINK通过CC引脚上拉的特性，来检测目前的USB通信链路（翻转）

d）SINK可选地去检测Rp的值，去判断Source可提供的电流。同时管理自身的功耗，保证不超过Source提供的最大范围

e）同样的，如果支持高级功能，通过CC引脚进行通信。

三、PD充电通信过程

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、充电器在连接建立后，会通过CC线进行广播，告诉连接的另外一方，充电器能够提供多少种电压以及对应的电流；

2、手机侧USB PD 设备策略管理器(policy_engine.c)监控CC上是否耦合了BMC信号，并且解码消息得出是SourceCapabilities消息，就根据USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对；

3、手机根据充电的配置从SourceCapabilitie消息中选择一个电压和电流对，向适配器发送请求数据包，将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后PD phy将BMC 信号耦合到CC上；

4、充电器解码BMC信号并发出Accept消息给手机，同时调整Power Supply的直流电  压和电流输出；

5、手机收到Accept消息，调整Charger IC的充电电压和电流；

6、手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电的过程。

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