Type-C 的工作原理

数据风暴

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Vbus  Power，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 Function

  USB 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。