聊聊USB Power Delivery兩三事,接下來會依下列幾個主題來探討
- 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介面歷經20年的演變,在介面上一直沒有太多變化,頂多是在USB 3.0時加入了TX/RX的傳輸介面,可是在主從關係上、在電源角色扮演上,一直還都是沿用舊制。直到TYPE-C介面的出現,打破了舊有的規範,頓時讓USB介面的使用上靈活起來。TYPE-C的介面,不再有主從之分,所以資料、電源等都可以經由握手來達到方向的轉換。Power Delivery(以下簡稱PD)指的就是在TYPE-C上,關於電源這檔事。當然,PD包含得還不只電源,它同時還處理在兩個裝置間作為資料流向、資料格式及主從關係的協調工作。
下面這張圖是TYPE-C的完整介面及腳位定義
我們可以發現相較於舊式的TYPE-A有了幾點的不同
VBUS/GND都變成4個接點,這意味著在電源的傳輸上可以更往上提升(TYPE-C PD經溝通握手後,最高可以達到20V/5A 100W的能量傳輸)。
TX/RX也都變成兩對,所以傳輸速度提高到10G,接下來的版本會提高到20G,更甚者,INTEL主推的Thunderbolt在介面上相容於TYPE-C,速度更是一舉提高到40G
多了CC1/CC2兩根PIN,CC PIN是PD的溝通介面,主要是負責兩邊Device的電源及資料協議格式的握手工作。在CC PIN上的走的是Bi-phase Mark Code(BMC)通訊介面,BMC是one –wire傳輸介面,在TYPE-C PD傳輸速度被規定在300K ±10%,傳輸格式如下圖,每一個bit都需要在準位上先做一次轉向,當DATA為1時需要在一個單位時間內高低準位各轉向一次,當DATA為0時則轉向後需保持一個單位時間長度。
訊號線封包格式則是包含了Sync、Start of Packet (SOP)、Header、Data、CRC 、End of Packet (EOC)…等。其中SOP又分為SOP、SOP’、SOP’’三種,分別對應到不同的目標裝置
SOP:纜線對面的裝置
SOP’:纜線上較靠近自己的E-Marker
SOP’’:纜線上較遠離自己的E-Marker
基本的握手流程如下圖
既然是one-wire interface為何需要兩根PIN?這是因為TYPE-C並沒有正反差之分,所以當裝置對接後,才會決定由哪一個腳位去做BMC資料傳輸。此時另一個腳位則會變成所謂的VCONN PIN,用來做為另一個電源的輸出,主要是用來供電給TYPE-C纜線上E-marker IC使用。
CC PIN的插入檢測同時也擔任起另一項重要的工作,就是去決定TX/RX switch的開關,這樣才能確保裝置對接時,不管哪個方向,高速資料的傳輸管道都能夠被正確的橋接到正確的方向。
SBU1/SBU2 5主要是用於 sideband/音訊應用,下圖為將TYPE-C用於傳輸類比音訊時的接法及各腳位的定義。
評論
Bill Wang
2020年4月22日
多么痛的领悟
2020年3月18日
賈長安
2020年3月9日