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USB Type-C 型接口之所以能被絕大多數(shù)電子設(shè)備采用，簡(jiǎn)單來說它具有如下優(yōu)勢(shì)：①支持正反插、②支持雙向最大100W 電力傳輸、③支持協(xié)議擴(kuò)展。
這三個(gè)功能都離不開Type-C 接口中的 Configuration Channel，簡(jiǎn)稱 cc。
什么是 Configuration Channel (cc) ？
如上圖所示，它是位于 Type-C Connector 中的兩個(gè) pin（A5、B5），是 Host 和 Device 之間重要的配置通道。
Type-C 的 Receptacle 和 Plug 連接后，不僅僅有 cc 的電平識(shí)別，還有基于 cc 的 PD 協(xié)議通訊。因此 cc 的主要功能是，Detection Device，Check Positive and negative，Configure Data Bus，Negotiate Power For Vbus，Discover and Configure Alternate Mode。
三種 Type-C Port 硬件線路設(shè)計(jì)
一個(gè) USB-C 接口到底是Power Source，還是 Power Sink，并不取決于它是
Type-C Receptacle 還是 Plug。兩個(gè) Type-C 連接器連接后，電源最初方向和
內(nèi)部 cc pin 電平密切相關(guān)。對(duì)于 Type-C 接口有三種硬件設(shè)計(jì)類型，如下所述。
A. Source Configuration Channel Functional Model
即硬件設(shè)計(jì)上作為一個(gè) Power Source Port（和 Receptacle/Plug 無(wú)關(guān)），有如下功能：
- Source 端的 PD Controller 使用 FET 去控制 Vbus 的 Power，未連接 Sink 時(shí)Vbus 關(guān)閉。
- Source 端分別在 cc1/2 上連接 Rp 電阻，當(dāng) Sink 設(shè)備接入，cc 電壓會(huì)被 Sink 設(shè)備上的 Rd 拉低一定程度，因此 Source 端根據(jù) cc 電壓即可判斷是否有 Sink 接入。
- Source 端根據(jù) cc pin 拉低的情況，偵測(cè)并建立正確的 USB3.0 Data Path，控制 MUX 保證USB3.0 data path 處于導(dǎo)通狀態(tài)。同時(shí)決定用未拉低的 cc pin 作為 Vconn輸出，拉低的 cc pin 作為 PD 通訊。
- Source 端一旦檢測(cè)到 Sink 接入，就會(huì)提供 Vbus 和 Vconn Power。
- Source 端能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整 Rp 的值，改變提供給 Sink 的 Current Level。
- Source 端會(huì)持續(xù)檢測(cè) cc 電壓狀態(tài)，以判斷 Sink 是否處于接入狀態(tài)。一旦 Sink 移除，Source 會(huì)關(guān)閉 Vbus 和 Vconn。
B. Sink Configuration Channel Functional Model
即硬件設(shè)計(jì)上作為一個(gè) Power Sink Port（和 Receptacle/Plug 無(wú)關(guān)），有如下功能：
- Sink 端在 cc1/2 上同時(shí)接 Rd 電阻，以改變 Power Source 端 cc 電壓。
- Sink 端以 Vbus 上是否有 Power 判斷 Source 端是否接入
- Sink 端根據(jù) cc pin 拉高的情況，偵測(cè)并建立正確的 USB3.0 Data Path，控制 MUX 保證 USB3.0 data path 處于導(dǎo)通狀態(tài)。
- Sink 端可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)，偵測(cè) cc 電壓（Power Source 端 Rp 值不同，cc 分壓不同），以判斷Source 端當(dāng)前的 Current Level。同時(shí)需要管控自身的負(fù)載，防止 Source 端過流。
C. DRP Configuration Channel Functional Model
即硬件設(shè)計(jì)上作為一個(gè) DRP，即 Dual Role Power（和 Receptacle/Plug 無(wú)關(guān)）既可以供電也可以受電，有如下功能：
- DRP 端使用 FET 去控制 Vbus 的 Power，作為 Source 時(shí)，默認(rèn) Vbus 關(guān)閉。
- DRP 端使用開關(guān)，分時(shí)連接 Rp 或者 Rd，使其對(duì)外呈現(xiàn)的 Source 和 Sink 狀態(tài)來回切換。
- 關(guān)于 Source、Sink 的切換，在最開始連接時(shí)，有如下邏輯
a. 在建立連接狀態(tài)前，DRP 呈現(xiàn)的 Source 或者 Sink 會(huì)來回切換。切換周期為
tDRP（500--100ms），Rp 呈現(xiàn)的時(shí)間為 dcSRC.DRP（30%--70%），切
換時(shí)間為 tDRPTransition（0--1ms）。Type-C 接口規(guī)范定義 Rp 呈現(xiàn)時(shí)間
是在 30%--70%占空比范圍內(nèi)變化的。但是有些 PD 設(shè)計(jì)為沒有變化，固定
50%占空比。
b. 當(dāng) DRP 呈現(xiàn)為 Power Source 時(shí)，遵循 Source Port 行為。
c. 當(dāng) DRP 呈現(xiàn)為 Power Sink 時(shí)， 遵循 Sink Port 行為。
USB-C 接口功能
基于上述三種Type-C 接口硬件設(shè)計(jì)，僅依靠 cc 電壓識(shí)別就可以完成如下功能。
連接偵測(cè)
Type-C 接口的 Vbus 默認(rèn)是沒有電壓的。當(dāng) Source 端偵測(cè)到 Sink 接入后，才會(huì)在 Vbus 上輸出 Power。如下圖，Source 端在兩個(gè) cc pin 上呈現(xiàn)上拉電阻 Rp，對(duì)外都呈現(xiàn)高電平。Sink 端在兩個(gè) cc pin 上呈現(xiàn)下拉電阻 Rd，對(duì)外呈現(xiàn)都呈現(xiàn)低電平。
Type-C to Type-C Cable 上設(shè)計(jì)一個(gè) cc 下拉 Rd，一個(gè) cc 下拉 Ra。當(dāng) Source 端偵測(cè)到 cc 電壓變化后，即認(rèn)為有 Device 接入。
Power Source 端會(huì)在 Rd 下拉的 cc pin 上完成后續(xù)的 PD 協(xié)議通訊，在 Ra 下拉
的 cc pin 上輸出 Vcoon Power。
正反偵測(cè)
Type-C 接口規(guī)范定義 cc1 pin 接 Rd 后，為正向接入。cc2 pin 接 Rd 后，認(rèn)為是反向接入。然而實(shí)際使用中，無(wú)法確定哪個(gè)是 cc1 pin 哪個(gè)是 cc2，因此正反插都是相對(duì)而言。
Power 能力識(shí)別
在單純的 Type-C 接口中，即使沒有 PD 通訊，Power Sink 端也可以識(shí)別到 Power Source 端的供電能力。
Power Sink 端偵測(cè)到 cc pin 上的電壓值，即可判斷出 Power Source 端供電能力。Power Source 端 Rp 取值情況，以及 cc 通訊時(shí)電壓如下表。
如下示波器波形，是 Pull High 是 3.3V，聲明 5V@3A 的情況下，cc 通訊時(shí)
電壓為，(5.1/(4.7+5.1)*3.3=1.1717V。
Cable 偵測(cè)
對(duì)于 Type-C to Type-C 的轉(zhuǎn)接線來說，其內(nèi)部只有一個(gè) cc pin 用于導(dǎo)通 Host/Device 端的 cc，用于 PD 協(xié)議通訊。
對(duì)于不含 e-Mark 的 Passive Cable 不存在另外一個(gè) cc pin，內(nèi)部是斷開的。
對(duì)于有 e-Mark 的 Active Cable，另外一個(gè) cc pin 設(shè)計(jì)下拉電阻 Ra，大小為 800-1200Ω。
當(dāng) Source 在 cc pin 檢測(cè)到 Ra 時(shí)，會(huì)在對(duì)應(yīng)的 cc pin 上輸出 Vconn Power 用于給 Active Cable 中的 IC供電，以便 Source 端讀取 e-Mark 中存儲(chǔ)的 Cable 信息。一般來說 Vconn 電壓 2.7-5.5V，功率最大 1.5W。
e-Mark IC 是一個(gè) Support PD 協(xié)議的控制器，內(nèi)部存儲(chǔ)了 Cable 的 Data/Power 傳輸能力。
某些 Active Cable 中還存在 Re-Driver 用于增強(qiáng)高速信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。
數(shù)據(jù)線配置
在 USB-C Receptacle 接口中，是有兩組 USB2.0 信號(hào)的，所以不管 Plug 以何種
方向接入，USB2.0 信號(hào)總是正常導(dǎo)通的。但是對(duì)于 USB、DP、TBT、PCIe 等高速信號(hào)必須用 MUX 芯片完成切換才能正常導(dǎo)通。
以 PS8812 6進(jìn)4出 MUX 為例，傳輸 USB3.0 信號(hào)時(shí)。
正插，USB3.0 信號(hào)走 Rx/Tx-1。
反插，USB3.0 信號(hào)走 Rx/Tx-2。
所以 PD 芯片需要偵測(cè)到正反插，然后通過 GPIO 告知 PS8812 切換內(nèi)部開關(guān)，導(dǎo)通 USB3.0 信號(hào)。
以 PS8812 6進(jìn)4出 MUX 為例，傳輸 USB3.0 + DP 信號(hào)時(shí)。
正插，USB3.0 信號(hào)走 Rx/Tx-1，2-Lane DP 走 Rx/Tx-2。
反插，USB3.0 信號(hào)走 Rx/Tx-2，2-Lane DP 走 Rx/Tx-1。
所以 PD 芯片需要偵測(cè)到正反插，然后通過 GPIO 告知 PS8812 切換內(nèi)部開關(guān)，導(dǎo)通 USB3.0 和 DP 信號(hào)。
如下兩種功能需要 PD 協(xié)議配合
PD 供電協(xié)商
對(duì)于 USB-C 接口，由于硬件的設(shè)計(jì)，連接后默認(rèn) Power Source 端只會(huì)提供最大
15W（5V@3A） 的供電，而且反向不可再切換供電方向。借助于 PD 協(xié)議，USB-C 口在連接后，可以協(xié)商供電功方向和供電功率（最大100W，20V@5A）。
AltMode 配置
對(duì)于 USB-C 接口，不局限于傳輸 USB2.0 和 USB3.0 信號(hào)。還可以借助于 PD 協(xié)議配置AltMode，支持 DP、TBT、PCIe、USB4 等協(xié)議的傳輸。
常見的幾種連接 Type-C 接口連接
Source Only 和 Sink Only 連接，兩端安照各自 Power 角色繼續(xù)工作。
Source Only 和 DRP 連接，當(dāng) DRP 的 cc 呈現(xiàn)低電平時(shí)，兩端連接狀態(tài)建立。
DRP 端按照Power Sink 角色繼續(xù)工作。
Sink Only 和 DRP 連接，當(dāng) DRP 的 cc 呈現(xiàn)高電平時(shí)，兩端連接狀態(tài)建立。
DRP 端按照Power Source 角色繼續(xù)工作。
當(dāng) DRP 和 DRP 連接。按照標(biāo)準(zhǔn)，DRP 的 Rp 和 Rd 是動(dòng)態(tài)切換的，而且變化頻率不固定。因此 DRP 連接后，Source/Sink 是隨機(jī)建立的。一旦 Source 和 Sink 確定，各自按照其角色繼續(xù)工作。根據(jù)需要借助于 PD 協(xié)議完成高級(jí)的 Power Level 協(xié)商和 Power Direction 切換。
USB-C 兼容設(shè)計(jì)
USB Type-C 作為一個(gè)全新的 USB 接口，和 USB Type-A/B 接口是完全不同的設(shè)計(jì)，兼容性必然是 Type-C 接口需要考慮的問題，主要是電源兼容和 USB 通訊兼容。
Type-C 接口實(shí)際使用時(shí)必須和當(dāng)下 Type-A/B 的 Host、Device、Cable 相互兼容，轉(zhuǎn)接線就必不可少了。USB Type-C 規(guī)范針對(duì)兼容的轉(zhuǎn)接線也提出了設(shè)計(jì)規(guī)范。
Type-A 接口設(shè)計(jì)
本文僅以 USB Type-A 型標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)比闡述 USB-C 接口的兼容設(shè)計(jì)，所以先介紹下 USB Type-A 型接口的電源和 USB 通訊。
對(duì)于 USB Type-A 型接口，Receptacle 端必然是 Power Source，Plug 端必然是 Power Sink。對(duì)于 USB2.0 接口只有 D+/- 負(fù)責(zé) USB2.0 通訊。
對(duì)于 USB3.0 接口兼容 USB2.0，D+/- 負(fù)責(zé) USB2.0 通訊，Tx/Rx 差分信號(hào)線負(fù)責(zé) USB3.0 通訊。
兼容 Type-A
USB Type-C 接口為了兼容 Type-A 接口，設(shè)計(jì)了兩種轉(zhuǎn)接線。
Type-C Plug 轉(zhuǎn) Type-A Plug
如上圖，Type-C Plug 內(nèi)部設(shè)計(jì) Rp，呈現(xiàn)為 Power Source。不管 Type-C Plug 接入 Power Sink 或者 DRP 接口都能作為供電端。
另一端 Type-A Plug 只能作為 Power Sink 連接 Power Source 的 Type-A Receptacle 取電。
上述表格即是 USB Type-C 轉(zhuǎn) Type-A Plug 連接線的內(nèi)部引線順序。
需要注意的是 A5需要通過 Rp 連接至 Vbus。其他未描述引腳全部懸空。
Type-C Plug 轉(zhuǎn) Type-A Receptacle
如上圖，Type-C Plug 內(nèi)部設(shè)計(jì) Rd，呈現(xiàn)為 Power Sink。不管 Type-C Plug 接入 Power Source 或者 DRP 接口都能作為受電端。
如此轉(zhuǎn)接線的另一端 Type-A Receptacle 就可以作為 Power Source。
上述表格即是 USB Type-C 轉(zhuǎn) Type-A Receptacle 轉(zhuǎn)接線的內(nèi)部引線順序。
需要注意的是 A5需要通過 Rd 連接至 GND。其他未描述引腳全部懸空。
當(dāng)然除了 Type-C 接口規(guī)范中定義的轉(zhuǎn)接口外，還能見到 Type-C Receptacle 轉(zhuǎn) Type-A Plug，原理和上述轉(zhuǎn)接口類似。
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