Type-c入門，以及設計相關詳解

• 參考文獻
• Type-c 的引腳功能
• • Type-c 的配置處理
  • 邏輯USB –C線上下拉電阻
  • Type-c 信號介紹--USB各版本的差異
• USB Type-C口角色定義
• • SOURCE到SINK連接
  • • Sink端的結構
    • Source端的結構
    • DRP(Dual Role Port)雙端口
    • Type-c 線定義
  • CC通道的配置目的
  • Type-C 接口可以實現兩類附屬模式（ accessory mode）
  • Type-C 采樣BMC（ Biphase Mark Coding） 編碼
  • • BMC（ Biphase Mark Coding） 編碼定義
    • 數據到CC傳輸(發送)
    • 4b5b的解釋
• PD協議
• • USB PD包的結構
  • USB PD消息
  • 主從端電源協商協議
  • • 電源的切換序列
    • 數據的切換序列（空）
• 例子--USB Dock with DisplayPort
• • 連接拓撲圖
  • 管腳分派
• USB在STM32G0上的實現（空）

參考文獻

通用串行總線電力傳輸規范，版本2.0， 2016年3月25日
通用串行總線Type-C線纜和連接器規范1.2， 2016年3月25日

Type-c 的引腳功能

分為AB兩邊，每邊12PIN

A6 和A7

• 兼容了USB 2.0接口，插座上A6,A7與B6,B7對應的引腳是連在一起的。

CC1和CC2：

• CC用于發現，配置和管理通過USB Type-C線纜建立連接
• 在實際使用中只使用一個CC通道，另外一個CC配置成Vconn，對emark供電

Emark是線纜上的一顆IC，會將線纜的供電能力輸出，如果線纜的供電能力3A及以上必須輸出信息。

SUB1和SUB2

• 復用功能，如Audio模式，DP模式，通過這兩個線實現

VBUS

• 供電的線路，可在5V-20V之間調節，最大20V/5A 即100W供電
  疑問：TI部分產品能實20V/10A 即200W的供電，協議如何處理。
• 通過CC通道和線纜or總線進行協商，主從端進行協商，具體的電壓電流（使用單片機or IC 控制即控制cc上協商的數據從而改變輸出）

高速信號線

• USB3.1 Tx1 Tx2,Rx1 Rx2進行高速的數據傳送

Type-c 的配置處理

連接時包含一個配置處理的過程，目的有兩個

• 檢測一個DFP連接去一個UFP的連接
• 管理VBUS

配置過程

• SRC to SINK插入或者拔出檢測
• 插入的正反方向檢測
• 初始化電源（ SRC-SINK） 和建立數據關系。

邏輯USB –C線上下拉電阻

邏輯USB –C ADAPTER上下拉電阻

• 供電（ source） 通過Rp的阻值來告訴耗電（ sink） 自己的默認供電電流：
  例：5V1.5A的設備就是上拉電阻22K
  Source端默認的上拉電阻是56K，通過改變上拉電阻的阻值（漏電流）來告訴設備有更強的驅動能力。

• Sink 端的下拉電阻同Source

Type-c 信號介紹–USB各版本的差異

USB Type-C口角色定義

可以通過USB的PD協議進行動態的切換

數據角色

• DFP --Houst–主機
• UFP–Device–從機

電源角色

• SOURCE 純供電方
• SINK 純耗電方
• DRP（ Dual role power） 雙重角色的的可供電設備。

SOURCE到SINK連接

下圖示意了CC線上鏈接的示意圖

下圖示意了CC線上不同的上下拉電阻，所代表的不同設備使用情況的檢測。PD協議中有詳細的規范。

• 如果cc1和cc2 兩個都是開即沒有連接
• 如果有一個cc檢測到Rd，即cc線得到連接，

Sink端的結構

• Sink 必須有兩個下拉電阻（ Rd） 分別連接到 兩條CC腳上。
• SINK通過檢查到VBUS來確定一個Source的連接
• SINK通過CC腳上的上拉來建立和檢查一個正確的高速USB數據路徑（ 正反向）
• 如果sink 支持PD和/或者VDM,需要CC通訊

Rd分別加在cc1和cc2上

Source端的結構

• Source 必須有兩個上拉電阻（ Rp） 分別連接到兩條CC腳上， 并且同時監測SINK
• Source源在CC1和CC2上提供上拉電阻(Rp)， 并監控兩者以檢測SINK。 在任何一個引腳上存在一個Rd下拉電阻表明正在連接一個Sink。 Rp的值表示主機支持的初始USB Type-C當前供電能力。
• Source用CC pin下拉特性來檢測和建立高速USB數據路徑的正確路由， 并確定哪個CC pin用于提供VCONN
• 一旦檢測到SINK， Source將啟用VBUS和VCONN
• Source可以動態的調節Rp值（默認52K）， 來告訴SINK可以改變usb type-c電流
• Source應該實時監控Rd(sink端) 一旦SINK斷開， 應該立刻斷開已供電源（ Vbus， Vconn）
• 如果Source 支持PD和/或者VDM,需要CC通訊

下圖就是Source端的鏈接示意圖：

DRP(Dual Role Port)雙端口

• 在VBUS中啟用/禁用電源， 最初在DFP模式中禁用VBUS
• 在建立一個特定的穩定狀態之前， DRP、在將自身暴露為DFP和UFP之間交替進行，嘗試檢測設備的模式。
• 當DRP作為DFP呈現時， 它遵循DFP的操作來檢測一個附加的UFP。如果檢測到UFP， 它將應用VBUS，VCONN， 并繼續作為DFP進行操作。
• 當DRP作為UFP呈現時， 它會監視VBUS，以檢測它是否與DFP 相連，如果檢測到DFP， 它將繼續作為UFP運行

注：DRP模式中會不斷的檢測Vbus以及Vconn的電源，設備需要供電時會給上電源，但是通信模式不變

線路連接示意圖：

Type-c 線定義

帶Rmark的Type-c線

CC通道的配置目的

在功能上， 配置通道(CC)用于以下目的:
? 檢測USB端口的連接/分離， 例如DFP到UFP， 配置VBUS
? 解析電纜方向和twist來建立USB數據總線路由，
? 建立兩個連接端口之間的DFP和UFP角色
? USB電源傳輸通信

Type-C 接口可以實現兩類附屬模式（ accessory mode）

• 音頻模式（ audio）：通過檢查到CC1和CC2上都有Ra時來進入音頻模式
  
• 調試模式（ Debug Accessory Mode ,DAM）
  通過檢查到CC1和CC2上都有不同的Rp和Rd阻值來決定進入不同的調試模式DTS或者TS
  此模式使用較少

Type-C 采樣BMC（ Biphase Mark Coding） 編碼

BMC（ Biphase Mark Coding） 編碼定義

數據是0，則電平不變，如果數據為1，則在數據有效位的中間產生一個數據翻轉
BMC有一個固定的頻率翻轉，如果Data線上是0，則固定頻率不變，如果是1，則在BMC的1/2頻率上產生一次翻轉。

• 傳輸速度為300kbps± 10%
  

數據到CC傳輸(發送)

4b5b的解釋

CC數據到數據（接收）

PD協議

PD2.0和3.0的差異對比

USB PD包的結構

- Preamble ：64bit[1010101…]0開始的包含64個0和1的序列，不進行4b5b編碼。
-SOP：不同數據包的開始，像接收者指明包的開始，誰是此消息的接收者（SOP, SOP '， SOP ‘’）是單向的，發一個再回來一個。

USB PD消息

CRC是32位的， 引用頭和所有數據。
? 不包括前言、 SOP和EOP。
? 多項式= 0x04C1 1DB7
? 初始值= 0xFFFF FFFF

EOP是單k碼(5位)
? 它觸發當前幀的CRC結束(開始計算)。
? 它可以在任何時候發送， 以提前結束一個數據包始

主從端電源協商協議

Source插入發現設備

Cable Plug返回信息，建立連接給ACK.SOP’’(此時連接已經建立)

source capabilities 通過Rp,提供 供電能力信息，sink request 描述需要的電

接受（accept）則PS_ready 開始供電

設備的切換

電源的切換序列

電源的切換，這個在電力的角色切換，數據沒有被切換

Sink不支持

Sink支持，但此時在忙，一會繼續通信

數據的切換序列（空）

例子–USB Dock with DisplayPort

連接拓撲圖

• cc進行初始化的操作
• SBUS做信號的傳輸
• TX2/Rx2 做高速信號的傳輸

支持音頻拓展，DP的拓展

管腳分派

A5：cc直連
USB正常連接
A8:audio 設備的配置
B3B2:做DP的數據傳輸

• Discover SVIDs
• Discover Modes
• 
  ? Enter mode
  ? Config displayport

以上配置都在cc中進行配置。

USB在STM32G0上的實現（空）

實現的方案

乘風破浪的USB Type-C?和PD
http://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-625939-1-1.html

滿足USB Type-C?應用需求的STM32/ STM8解決方案包括：
· 使用STM8或STM32 MCU的入門級“僅USB-C”解決方案
· UCPD認證的STM32微控制器和保護 USBType-C? 端口 TCPP01-M12 配套芯片，用于
· X-CUBE-USB-PD軟件包，可簡化在任何STM32 MCU上實施Type-C?端口管理器

ST MCU 現有STM32G4、STM32L5、 STM32G0等系列微控制器支持USB Type-C和Power delivery接口（UCPD）IP。UCPD功能與STM32CubeMX軟件工具兼容，可以配置外設為Sink、Source或Dual Role

X-CUBE-USB-PD
STM32G0技術詳解 _ Type-C-UCPD
https://zhuanlan.zhihu.com/p/84023742

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Type-c设计，PD相关软硬件实现详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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