細談Type-C、PD原理（一）
第一部分包含：一、二、三、四
第二部分包含：五、六、七
目錄
二、Type-C Port的Data Role、Power Role
三、Type-C的Data/Power Role識別協商/Alt Mode
五、相關引數/名詞/狀態解釋
六、PD協議簡介
七、行業相關資訊
一、Type-C簡介以及歷史
自1998年以來，USB釋出至今，USB已經走過20個年頭有餘了。在這20年間，USB-IF組織釋出N種介面狀態，包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等介面形態，由於各家產品的喜好不同，不同產品使用不同型別的插座，因此悲劇來了，我們也要常備N中不明用途的介面轉接線材。
圖1 USB協議釋出時間節點
而對於Type-C來說，看起來USB標準化組織也是意識到統一和標準化問題，在定義標準時，除了硬體介面定義上，還增加了一部分“個性化”特點。分別是什麼呢？
1.1 定義了全新的介面形態
介面大小跟Micro USB相近，約為8.3mm x 2.5mm，支援正反插，同時也規範了對應的線材，介面定義如下（線材端只有一對USB2.0 DATA）：
在插座定義上，定義瞭如下兩種插座：
a）全功能的Type-C插座，可以用於支援USB2.0、USB3.1、等特性的平臺和裝置。
b）USB 2.0 Type-C插座，只可以用在支援USB2.0的平臺和裝置上。
在插頭定義上，定義瞭如下三種插頭：
a）全功能的Type-C插頭，可以用於支援USB2.0、USB3.1、等特性的平臺和裝置。
b）USB 2.0 Type-C插頭，只可以用在支援USB2.0的平臺和裝置上。
c）USB Type-C Power-Only插頭，用在那些只需要供電裝置上（如充電器）。
線上纜定義上，定義瞭如下三種線纜：
a）兩端都是全功能Type-C插頭的全功能Type-C線纜。
b）兩端都是USB 2.0 Type-C插頭的USB 2.0 Type-C線纜。
c）只有一端是Type-C插頭（全功能Type-C插頭或者USB 2.0 Type-C插頭）的線纜。
還定義了N種為了相容舊裝置的線纜：
a）一種線纜，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Type-A插頭。
b）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Type-A插頭。
c）一種線纜，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Type-B插頭。
d）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Type-B插頭。
e）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Mini-B插頭。
f）一種線纜，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Micro-B插頭。
g）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Micro-B插頭。
h）一種介面卡，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Type-A插座。
i）一種介面卡，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Micro-B插座。
以上這些線材，我們知道，Type-A接的是HOST，所以轉接線中，CC引腳需要接上拉電阻。Type-B接的是Device，因此CC引腳需要接下拉電阻。
其中，具備全功能的Type-C應該具備E-Marker功能，由於具備E-Marker，線纜能夠被讀到其帶電流的能力、特性、線材ID等等。E-Marker的供電電源來自於VCONN，如何知道線纜需要VCONN呢？線纜會通過下拉的電阻Ra，Source檢測到之後會提供VCONN。
1.2傳輸速率，供電效能
最大傳輸速度10Gb/s,即是USB 3.1 Gen2標準，也支援4 Lane DP模式，傳輸高清影象，在供電部分，最大可以支援100W（20V/5A）
1.3 “個性化”協商機制
由於埠一致，線材兩端介面也一直，為了能夠區分兩端USB裝置的角色（Host/Device），必須有一套協商機制，便於進行角色確認，這部分通過CC(Configuration Channel)管腳進行設定。後面隨著PD規範的面世，CC腳開始被用來做簡單的半雙工通訊，用來完成POWER供給的協商
1.4 強悍的一統天下的態勢
由於Type-C的擴充套件功能（SBU1/SBU2），大部分配件諸如耳機、視訊介面、Debug介面等等都可以實現相容設計，成功逆襲以往所有的USB標準，成功上位！
二、Type-C Port的Data Role、Power Role
2.1 Type-C的 Data Role
在USB2.0埠，USB根據資料傳輸的方向定義了HOST/Device/OTG三種角色，其中OTG即可作為HOST，也可作為Device，在Type-C中，也有類似的定義，只是名字有了些許修改。如下所示：
（1）DFP(Downstream Facing Port)：
下行埠，可以理解為Host或者是HUB，DFP提供VBUS、VCONN，可以接收資料。在協議規範中DFP特指資料的下行傳輸，籠統意義上指的是資料下行和對外提供電源的裝置。
（2）UFP（Upstream Facing Port）：
上行埠，可以理解為Device，UFP從VBUS中取電，並可提供資料。典型裝置是U盤，行動硬碟。
（3）DRP（Dual Role Port）：
雙角色埠，類似於以前的OTG，DRP既可以做DFP(Host)，也可以做UFP(Device)，也可以在DFP與UFP間動態切換。典型的DRP裝置是膝上型電腦。裝置剛連線時作為哪一種角色，由埠的Power Role（參考後面的介紹）決定；後續也可以通過switch過程更改（如果支援USB PD協議的話）。
2.2 Type-C的Power Role
根據USB PORT的供電（或者受電）情況，USB Type-C將port劃分為Source、Sink等power角色
如下圖顯示常用裝置的Data Role和Power Role
Power Role 詳細可以分為：
a）Source Only
b）預設Source，但是偶爾能夠通過PD SWAP切換為SINK模式
c）Sink Only
d）預設SINK，但是偶爾能夠通過PD SWAP切換為Source模式
e）Source/SINK 輪換
f）Sourcing Device （能供電的Device，顯示器）
g）Sinking Host（吃電的Host，膝上型電腦）
三、Type-C的Data/Power Role識別協商/Alt Mode
USB Type-C的插座中有兩個CC腳，以下的角色檢測，都是通過CC腳進行的，但是對於插頭、或者線纜正常只有一個CC引腳，兩個埠連線在一起之後，只存在一個CC引腳連線，通過檢測哪一個CC有連線，就可以判斷連線的方向。如果USB線纜中有需供電的器件，其中一個CC引腳將作為VCONN供電。
3.1 CC引腳有如下作用：
a）檢測USB Type-C埠的插入，如Source接入到Sink
b）用於判斷插入方向，翻轉資料鏈路
c）在兩個連線的Port之間，建立對應的Data Role
d）配置VBUS，通過下拉電阻判斷規格，在PD協商中使用，為半雙工模式
e）配置VCONN
f）檢測還有配置其他可選的配置模式，如耳機或者其他模式
3.2 連線方向、Data Role、Power Role角色檢測
3.2.1 SourceSink Connection
如圖所示，Source端CC引腳為上拉，Sink端CC引腳為下拉。握手過程為接入後檢測到有效連線（即一端為Host一端為Device），隨後檢測線材供電能力，再進行USB列舉。
如下圖指示了Source端，在連線SINK之前，CC1和CC2的框圖模型：
a）Source端使用一個MOSFET去控制電源，初始狀態下，FET為關閉狀態
b）Source端CC1/CC2均上拉至高電平，同時檢測是否有Sink插入，當檢測到有Rd下拉電阻時，說明Sink被檢測到。Rp的阻值表明Host能夠提供的功率水平。
c）Source端根據Cable中哪一個CC引腳為Rd下拉，去翻轉USB的資料鏈路，同時決定另外一個CC引腳為VCONN
d）在此之後，Source開啟VBUS，同時VCONN供電
e）Source可以動態調整Rp的值，去表示給Sink的電流傳送變化，告知SINK最大可以使用的電流
f）Source會持續檢測Rd的存在，一旦連線斷開，電源將會被關閉
g）如果Source支援高階功能（PD或者Alternate Mode），將通過CC引腳進行通訊
如下圖指示了SINK端CC1和CC2框架：
a）SINK的兩個CC引腳均通道Rd下拉到GND
b）SINK通過檢測VBUS，來判斷Source的連線與否
c）SINK通過CC引腳上拉的特性，來檢測目前的USB通訊鏈路（翻轉）
d）SINK可選地去檢測Rp的值，去判斷Source可提供的電流。同時管理自身的功耗，保證不超過Source提供的最大範圍
e）同樣的，如果支援高階功能，通過CC引腳進行通訊。
如下圖指示DRP的CC引腳在連結之前的架構：
a）當作為Source存在的時候，DRP使用MOSFET控制VBUS供電與否
b）DRP使用Switch去切換自身身份作為Source，或者是SINK
c）DRP存在一套機制，分三種情況，去決定自身是SINK或者是Source，去建立兩者間彼此的角色。
情況1：不使用PD SWAP，隨機變成Source/SINK中的任意一個，CC腳波形為方波
情況2：自身傾向於作為Source，執行Try.SRC，問對面能不能做SINK呀，我做Source
情況3：與情況2相反，自身傾向作為SINK，執行Try.SNK，你做Source，我做小弟
當然還存在Source&Source，SINK&SINK這種搞基模式，唯一的結果就是一直停留在Unattached.SNK/Unattached.SRC，無法終成眷屬。
3.3 Type-C的其他模式
3.3.1 Display Port Alternate Mode
系統會通過USB PD協議中VDMs的資訊通訊（CC引腳通訊），去告知支援Display Port模式。在這個模式當中，USB SuperSpeed 訊號允許部分傳輸USB，部分傳輸DP訊號。
3.3.2 Audio Adapter Accessory Mode
如下圖，為3.5mm音訊輸入口轉Type-C埠，USB2.0鏈路被用來傳輸模擬音訊訊號，若帶MIC，MIC訊號則連線在SBU引腳上，在這個模式當中，電源可以提供到500mA電流。
Host端如何識別到音訊模式呢？把CC引腳和VCON連線，並且下拉電阻小於Ra/2(則小於400ohm)，或者分別對地，下拉電阻小於Ra(小於800ohm)，則Host會識別為音訊模式。
3.3.3 Debug Accessory Mode （DAM）
在DAM下，連線軟體和硬體提供視覺化除錯和控制的系統，使用較少。
四、如何進行資料鏈路的切換
4.1 純USB3.0
以TUSB546(DFP)，TUSB564(UFP)為例子
前者的使用例子如膝上型電腦、後者的使用例子如Monitor
如下圖，兩端裝置會根據插入方向，切換資料鏈路。圖X插入連線為CC1，因此TUSB564切換到TX1/RX1
圖中插入連線為CC2，因此TUSB564切換到TX2/RX2，也就是根據CC引腳插入，識別插入方向
4.2 USB3.1和2 LANE of DisplayPort
切換原理如上，需要注意的是，DP訊號是使用SBUx進行傳輸
4.3 純DP模式 4 lane
問題思考：如何確定是DP 4 lane模式或者是DP 2 lane+USB3.0 模式？
通過CC引腳，利用PD協議溝通，協商，PD Controler 發起請求，並得到迴應