数据风暴 发表于 2024-8-6 11:05:04

Type-C 的工作原理

1. Type-C Port 行为和系统模型

1.1 Type-C Port 行为USB Type-C 的功能大致分为两种:供电Power Supply,数据传输Data Transmission;在不一样的功能下,具有不一样的角色和行为:Power roles:
[*]Source :供电方的角色下,能为Sink 端提供电源,比如是充电器的一端;
[*]Sink :耗电方角色,计入Source 将消耗VbusPower,比如是充电宝;
[*]Dual-Role-Power:DRP 作为Power 的Source or Sink,是可以动态进行切换。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。
Data roles:
[*]DFP-mode only :Downstream Facing Port, 下行端口,相当于USB中的Host 角色,相当于车载主机的USB;
[*]UFP-mode only :Upstream Facing Port 上行端口,相当于USB 中的Device角色,相当于U盘;
[*]Dual-Role Data :DRD 双角色,等于两种角色都可以,在软件中可以配置进行切换,相当于手机USB;
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[*]图中对于Data Role 和Power Role都有相应的设备举例。另外提一句USB 的角色进行区分Host和Device:在USB 总线是一个主从的数据总线,在一条总线当中,只能存在一个USB主机,其他都是为从机,这样才能正常通信上,在早期设计阶段就已经考虑到这个,在协议通信上上已经设计。1.2 USB Type-C 系统实现模型
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[*]USB Type-C 系统实现模型看出主要分为三大部分,左边通信接口,中间Type-C 管理,右边电源;这个部分在软件编码上有相应对应,通信,控制,充电管理。主要在中间部分:USB Type-C Port Controller • Port Power Control for VBUS and VCONN • USB Power Delivery PHY • CC Logic FunctionUSB Type-C Port Manager• Port Policy Engine• USB Power Delivery Protocol • Interface to system software via UCSI
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[*]正插:A1对A1反插:A1对B1重点查看:CC1 / CC2(Configuration Cannel):侦测正反插、侦测cable有没有接上、判断哪边是DFP(Downstream Facing Port)及UFP(Upstream Facing Port)、配置Vbus、配置Vconn、配置其他模式(alternate or accessory mode)、PD沟通等,总言之,CC透过USB type C接线管理主从两端之间的沟通。2.1 检测 USB 端口角色
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检测连接设备,通过CC脚检测对方是上拉、下拉进行判断状态,大致表格如图:


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表中主要根据CC1 CC2 的引脚状态判断,当前接入,有6种状态。其中最后一种Audio Apdapter Mode attached,Type-C 耳机就是典型的一种应用;举例:可以看到CC1 CC2 都是下拉状态

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[*]2.2 识别电缆方向建立信号路由USB Type-C 中连接器是没有方向性,正插反插都无所谓,但是对于这个内部来说,是需要进行识别的,USB 3.2 Gen2x2及USB 4.0 Gen1x2,也需要识别两组差分对中哪一组作为LANE1,因此电缆识别对于USB Type-C是必须要做的一项工作。
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[*]2.3 两个DRP 连接协商对于连接两种都是DRP这种情况,等于说可以作为供电,可以是耗电。当DPR接到UFP装置,DRP会转换为DFP。当DRP接到DFP装置,DRP会转换为UFP。
[*]从图中可以看到CC1 CC2 都是含有一个开关控制,在协商过程中,将通过芯片进行控制上拉,下拉,悬空等状态。
[*]2.4 配置VCONNType-C规范定义了内部有电路需要供电的主动电缆。Type-C电缆上一共有两个CC引脚,如果其中一个用来识别DFP与UFP,那么另外一个就可以用来作为VCONN为主动电缆提供电源。当DFP检测到下拉电阻为Ra=800~1200Ohms时,这个CC引脚将切换至VCONN对外输出4.75~5.5V,功率最大1W。2.5 发现并配置 VBUS发现并配置 VBUS,这个部分应该是属于Type-C 供电,多用于快充充电相关功能。对于USB Type-C 提供最大电流,需要CC pin 进行探测,Type-C 端口可以提供5V/3A ,但是如果配合使用USB PD 协议,供电能力将会大大提高,USB PD协议通过CC引脚传输协议数据,负责电源的协商和管理。CC引脚用于发现设备连接状态,并通过USB PD进行更复杂的电源协商。首先需要DFP 去检测当前连接的USB 角色,可以参考2.1 检测 USB 端口角色设备发现和协商:
[*]CC引脚检测:当设备连接到Type-C端口时,CC引脚的电阻值可以确定电源的能力和设备的电流需求。
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[*]CC :DFP通过CC引脚上的电压告知UFP供电能力,UFP端的下拉电阻Rd=5.1K,DFP就可以通过其上拉电阻或者电流源在CC引脚上产生电压。关于阻值的大小电流源规格如图:
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[*]USB PD协商:通过CC引脚,设备可以使用USB PD协议与电源进行通信。USB PD协议允许设备和电源进行电流、电压以及功率的动态协商,从而确保所需的功率能够满足需求。


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