USB供电PowerDelivery
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TYPE-C PD浅谈(一)

2021-05-12 10182 2

聊聊USB Power Delivery两三事,接下来会依下列几个主题来探讨

  • What is Power Delivery
  • E-Marker
  • Attached
  • Source CAP
  • Sink CAP
  • Power Role Swap
  • Data Role Swap
  • VCONN Swap
  • Alternate Mode
  • Charger Design Note
  • What is Power Delivery

USB界面历经20年的演变,在界面上一直没有太多变化,顶多是在USB 3.0时加入了TX/RX的传输界面,可是在主从关系上、在电源角色扮演上,一直还都是沿用旧制。直到TYPE-C界面的出现,打破了旧有的规范,顿时让USB界面的使用上灵活起来。TYPE-C的界面,不再有主从之分,所以数据、电源等都可以经由握手来达到方向的转换。Power Delivery(以下简称PD)指的就是在TYPE-C上,关于电源这档事。当然,PD包含得还不只电源,它同时还处理在两个装置间作为数据流向、数据格式及主从关系的协调工作。

下面这张图是TYPE-C的完整界面及脚位定义
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我们可以发现相较于旧式的TYPE-A有了几点的不同

  • VBUS/GND都变成4个接点,这意味着在电源的传输上可以更往上提升(TYPE-C PD经沟通握手后,最高可以达到20V/5A 100W的能量传输)。
  • TX/RX也都变成两对,所以传输速度提高到10G,接下来的版本会提高到20G,更甚者,INTEL主推的Thunderbolt在界面上兼容于TYPE-C,速度更是一举提高到40G
  • 多了CC1/CC2两根PIN,CC PIN是PD的沟通界面,主要是负责两边Device的电源及数据协议格式的握手工作。在CC PIN上的走的是Bi-phase Mark Code(BMC)通信界面,BMC是one–wire传输界面,在TYPE-C PD传输速度被规定在300K±10%,传输格式如下图,每一个bit都需要在准位上先做一次转向,当DATA为1时需要在一个单位时间内高低准位各转向一次,当DATA为0时则转向后需保持一个单位时间长度。

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信号线封包格式则是包含了Sync、Start of Packet(SOP)、Header、Data、CRC、End of Packet(EOC)…等。其中SOP又分为SOP、SOP’、SOP’’三种,分别对应到不同的目标设备:

  • SOP:缆线对面的设备
  • SOP’:缆在线较靠近自己的E-Marker
  • SOP’’:缆在线较远离自己的E-Marker

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基本的握手流程如下图
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既然是one-wire interface为何需要两根PIN?这是因为TYPE-C并没有正反差之分,所以当装置对接后,才会决定由哪一个脚位去做BMC数据传输。此时另一个脚位则会变成所谓的VCONN PIN,用来做为另一个电源的输出,主要是用来供电给TYPE-C缆在线E-marker IC使用。

CC PIN的插入检测同时也担任起另一项重要的工作,就是去决定TX/RX switch的开关,这样才能确保装置对接时,不管哪个方向,高速数据的传输管道都能够被正确的桥接到正确的方向。

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SBU1/SBU2 5主要是用于sideband/音讯应用,下图为将TYPE-C用于传输模拟音讯时的接法及各脚位的定义。

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