【原创】细谈Type-C、PD原理
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未完善，持续更新中
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一、type-c简介以及历史
二、type-c port的data role、power role
三、type-c的data/power role识别协商/alt mode
四、如何进行数据链路的切换
五、相关参数/名词解释
六、pd协议简介
七、行业相关信息
一、type-c简介以及历史
自1998年以来，usb发布至今，usb已经走过20个年头有余了。在这20年间，usb-if组织发布n种接口状态，包括a口、b口、mini-a、mini-b、micro-a、micro-b等等接口形态，由于各家产品的喜好不同，不同产品使用不同类型的插座，因此悲剧来了，我们也要常备n中不明用途的接口转接线材。
图1 usb协议发布时间节点
而对于type-c来说，看起来usb标准化组织也是意识到统一和标准化问题，在定义标准时，除了硬件接口定义上，还增加了一部分“个性化”特点。分别是什么呢？
1.1 定义了全新的接口形态
接口大小跟micro usb相近，约为8.3mm x 2.5mm，支持正反插，同时也规范了对应的线材，接口定义如下（线材端只有一对usb2.0 data）：
在插座定义上，定义了如下两种插座：
a）全功能的type-c插座，可以用于支持usb2.0、usb3.1、等特性的平台和设备。
b）usb 2.0 type-c插座，只可以用在支持usb2.0的平台和设备上。
在插头定义上，定义了如下三种插头：
a）全功能的type-c插头，可以用于支持usb2.0、usb3.1、等特性的平台和设备。
b）usb 2.0 type-c插头，只可以用在支持usb2.0的平台和设备上。
c）usb type-c power-only插头，用在那些只需要供电设备上（如充电器）。
在线缆定义上，定义了如下三种线缆：
a）两端都是全功能type-c插头的全功能type-c线缆。
b）两端都是usb 2.0 type-c插头的usb 2.0 type-c线缆。
c）只有一端是type-c插头（全功能type-c插头或者usb 2.0 type-c插头）的线缆。
还定义了n种为了兼容旧设备的线缆：
a）一种线缆，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 type-a插头。
b）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 type-a插头。
c）一种线缆，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 type-b插头。
d）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 type-b插头。
e）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 mini-b插头。
f）一种线缆，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 micro-b插头。
g）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 micro-b插头。
h）一种适配器，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 type-a插座。
i）一种适配器，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 micro-b插座。
以上这些线材，我们知道，type-a接的是host，所以转接线中，cc引脚需要接上拉电阻。type-b接的是device，因此cc引脚需要接下拉电阻。
其中，具备全功能的type-c应该具备e-marker功能，由于具备e-marker，线缆能够被读到其带电流的能力、特性、线材id等等。e-marker的供电电源来自于vconn，如何知道线缆需要vconn呢？线缆会通过下拉的电阻ra，source检测到之后会提供vconn。
1.2传输速率，供电效能
最大传输速度10gb/s,即是usb 3.1 gen2标准，也支持4 lane dp模式，传输高清图像，在供电部分，最大可以支持100w（20v/5a）
1.3 “个性化”协商机制
由于端口一致，线材两端接口也一直，为了能够区分两端usb设备的角色（host/device），必须有一套协商机制，便于进行角色确认，这部分通过cc(configuration channel)管脚进行设置。后面随着pd规范的面世，cc脚开始被用来做简单的半双工通信，用来完成power供给的协商
1.4 强悍的一统天下的态势
由于type-c的扩展功能（sbu1/sbu2），大部分配件诸如耳机、视频接口、debug接口等等都可以实现兼容设计，成功逆袭以往所有的usb标准，成功上位！
二、type-c port的data role、power role
2.1 type-c的 data role
在usb2.0端口，usb根据数据传输的方向定义了host/device/otg三种角色，其中otg即可作为host，也可作为device，在type-c中，也有类似的定义，只是名字有了些许修改。如下所示：
（1）dfp(downstream facing port)：
下行端口，可以理解为host或者是hub，dfp提供vbus、vconn，可以接收数据。在协议规范中dfp特指数据的下行传输，笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。
（2）ufp（upstream facing port）：
上行端口，可以理解为device，ufp从vbus中取电，并可提供数据。典型设备是u盘，移动硬盘。
（3）drp（dual role port）：
双角色端口，类似于以前的otg，drp既可以做dfp(host)，也可以做ufp(device)，也可以在dfp与ufp间动态切换。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（参考后面的介绍）决定；后续也可以通过switch过程更改（如果支持usb pd协议的话）。
2.2 type-c的power role
根据usb port的供电（或者受电）情况，usb type-c将port划分为source、sink等power角色
如下图显示常用设备的data role和power role
power role 详细可以分为：
a）source only
b）默认source，但是偶尔能够通过pd swap切换为sink模式
c）sink only
d）默认sink，但是偶尔能够通过pd swap切换为source模式
e）source/sink 轮换
f）sourcing device （能供电的device，显示器）
g）sinking host（吃电的host，笔记本电脑）
三、type-c的data/power role识别协商/alt mode
usb type-c的插座中有两个cc脚，以下的角色检测，都是通过cc脚进行的，但是对于插头、或者线缆正常只有一个cc引脚，两个端口连接在一起之后，只存在一个cc引脚连接，通过检测哪一个cc有连接，就可以判断连接的方向。如果usb线缆中有需供电的器件，其中一个cc引脚将作为vconn供电。
3.1 cc引脚有如下作用：
a）检测usb type-c端口的插入，如source接入到sink
b）用于判断插入方向，翻转数据链路
c）在两个连接的port之间，建立对应的data role
d）配置vbus，通过下拉电阻判断规格，在pd协商中使用，为半双工模式
e）配置vconn
f）检测还有配置其他可选的配置模式，如耳机或者其他模式
3.2 连接方向、data role、power role角色检测
3.2.1 sourcesink connection
如图所示，source端cc引脚为上拉，sink端cc引脚为下拉。握手过程为接入后检测到有效连接（即一端为host一端为device），随后检测线材供电能力，再进行usb枚举。
如下图指示了source端，在连接sink之前，cc1和cc2的框图模型：
a）source端使用一个mosfet去控制电源，初始状态下，fet为关闭状态
b）source端cc1/cc2均上拉至高电平，同时检测是否有sink插入，当检测到有rd下拉电阻时，说明sink被检测到。rp的阻值表明host能够提供的功率水平。
c）source端根据cable中哪一个cc引脚为rd下拉，去翻转usb的数据链路，同时决定另外一个cc引脚为vconn
d）在此之后，source打开vbus，同时vconn供电
e）source可以动态调整rp的值，去表示给sink的电流发送变化，告知sink最大可以使用的电流
f）source会持续检测rd的存在，一旦连接断开，电源将会被关闭
g）如果source支持高级功能（pd或者alternate mode），将通过cc引脚进行通信
如下图指示了sink端cc1和cc2框架：
a）sink的两个cc引脚均通道rd下拉到gnd
b）sink通过检测vbus，来判断source的连接与否
c）sink通过cc引脚上拉的特性，来检测目前的usb通信链路（翻转）
d）sink可选地去检测rp的值，去判断source可提供的电流。同时管理自身的功耗，保证不超过source提供的最大范围
e）同样的，如果支持高级功能，通过cc引脚进行通信。
如下图指示drp的cc引脚在链接之前的架构：
a）当作为source存在的时候，drp使用mosfet控制vbus供电与否
b）drp使用switch去切换自身身份作为source，或者是sink
c）drp存在一套机制，分三种情况，去决定自身是sink或者是source，去建立两者间彼此的角色。
情况1：不使用pd swap，随机变成source/sink中的任意一个，cc脚波形为方波
情况2：自身倾向于作为source，执行try.src，问对面能不能做sink呀，我做source
情况3：与情况2相反，自身倾向作为sink，执行try.snk，你做source，我做小弟
当然还存在source&source，sink&sink这种搞基模式，唯一的结果就是一直停留在unattached.snk/unattached.src，无法终成眷属。
3.3 type-c的其他模式
3.3.1 display port alternate mode
系统会通过usb pd协议中vdms的信息通信（cc引脚通信），去告知支持display port模式。在这个模式当中，usb superspeed 信号允许部分传输usb，部分传输dp信号。
3.3.2 audio adapter accessory mode
如下图，为3.5mm音频输入口转type-c端口，usb2.0链路被用来传输模拟音频信号，若带mic，mic信号则连接在sbu引脚上，在这个模式当中，电源可以提供到500ma电流。
host端如何识别到音频模式呢？把cc引脚和vcon连接，并且下拉电阻小于ra/2(则小于400ohm)，或者分别对地，下拉电阻小于ra(小于800ohm)，则host会识别为音频模式。
3.3.3 debug accessory mode （dam）
在dam下，连接软体和硬体提供可视化调试和控制的系统，使用较少。
四、如何进行数据链路的切换
4.1 纯usb3.0
以tusb546(dfp)，tusb564(ufp)为例子
前者的使用例子如笔记本电脑、后者的使用例子如monitor
如下图，两端设备会根据插入方向，切换数据链路。图x插入连接为cc1，因此tusb564切换到tx1/rx1
如图插入连接为cc2，因此tusb564切换到tx2/rx2，也就是根据cc引脚插入，识别插入方向
4.2 usb3.1和2 lane of displayport
切换原理如上，需要注意的是，dp信号是使用sbux进行传输
4.3 纯dp模式 4 lane
问题思考：如何确定是dp 4 lane模式或者是dp 2 lane+usb3.0 模式？
通过cc引脚，利用pd协议沟通，协商，pd controler 发起请求，并得到回应
五、相关参数/名词解释
5.1 上拉电阻rp
rp有6个参数（5v档位和3.3v档位各3个），指示着不同的供电能力。
5.2 下拉电阻rd
都是5.1k电阻下地，能否检测电源供电能力，取决于电阻的精度。
5.3 线材中的下拉电阻ra
最小值800 ohm，最大值1.2k
5.4 名词解释
六、pd协议简介
pd协议的通信编码为bi-phase mark coded (bmc)，通过cc脚进行通信。
cc引脚在source和sink的大致波形
七、行业相关信息
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二、type-c port的data role、power role
三、type-c的data/power role识别协商/alt mode
四、如何进行数据链路的切换
五、相关参数/名词解释
六、pd协议简介
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自1998年以来，usb发布至今，usb已经走过20个年头有余了。在这20年间，usb-if组织发布n种接口状态，包括a口、b口、mini-a、mini-b、micro-a、micro-b等等接口形态，由于各家产品的喜好不同，不同产品使用不同类型的插座，因此悲剧来了，我们也要常备n中不明用途的接口转接线材。
图1 usb协议发布时间节点
而对于type-c来说，看起来usb标准化组织也是意识到统一和标准化问题，在定义标准时，除了硬件接口定义上，还增加了一部分“个性化”特点。分别是什么呢？
1.1 定义了全新的接口形态
接口大小跟micro usb相近，约为8.3mm x 2.5mm，支持正反插，同时也规范了对应的线材，接口定义如下（线材端只有一对usb2.0 data）：
在插座定义上，定义了如下两种插座：
a）全功能的type-c插座，可以用于支持usb2.0、usb3.1、等特性的平台和设备。
b）usb 2.0 type-c插座，只可以用在支持usb2.0的平台和设备上。
在插头定义上，定义了如下三种插头：
a）全功能的type-c插头，可以用于支持usb2.0、usb3.1、等特性的平台和设备。
b）usb 2.0 type-c插头，只可以用在支持usb2.0的平台和设备上。
c）usb type-c power-only插头，用在那些只需要供电设备上（如充电器）。
在线缆定义上，定义了如下三种线缆：
a）两端都是全功能type-c插头的全功能type-c线缆。
b）两端都是usb 2.0 type-c插头的usb 2.0 type-c线缆。
c）只有一端是type-c插头（全功能type-c插头或者usb 2.0 type-c插头）的线缆。
还定义了n种为了兼容旧设备的线缆：
a）一种线缆，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 type-a插头。
b）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 type-a插头。
c）一种线缆，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 type-b插头。
d）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 type-b插头。
e）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 mini-b插头。
f）一种线缆，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 micro-b插头。
g）一种线缆，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 micro-b插头。
h）一种适配器，一端是全功能的type-c插头，另一端是usb 3.1 type-a插座。
i）一种适配器，一端是usb 2.0 type-c插头，另一端是usb 2.0 micro-b插座。
以上这些线材，我们知道，type-a接的是host，所以转接线中，cc引脚需要接上拉电阻。type-b接的是device，因此cc引脚需要接下拉电阻。
其中，具备全功能的type-c应该具备e-marker功能，由于具备e-marker，线缆能够被读到其带电流的能力、特性、线材id等等。e-marker的供电电源来自于vconn，如何知道线缆需要vconn呢？线缆会通过下拉的电阻ra，source检测到之后会提供vconn。
1.2传输速率，供电效能
最大传输速度10gb/s,即是usb 3.1 gen2标准，也支持4 lane dp模式，传输高清图像，在供电部分，最大可以支持100w（20v/5a）
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由于端口一致，线材两端接口也一直，为了能够区分两端usb设备的角色（host/device），必须有一套协商机制，便于进行角色确认，这部分通过cc(configuration channel)管脚进行设置。后面随着pd规范的面世，cc脚开始被用来做简单的半双工通信，用来完成power供给的协商
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2.1 type-c的 data role
在usb2.0端口，usb根据数据传输的方向定义了host/device/otg三种角色，其中otg即可作为host，也可作为device，在type-c中，也有类似的定义，只是名字有了些许修改。如下所示：
（1）dfp(downstream facing port)：
下行端口，可以理解为host或者是hub，dfp提供vbus、vconn，可以接收数据。在协议规范中dfp特指数据的下行传输，笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。
（2）ufp（upstream facing port）：
上行端口，可以理解为device，ufp从vbus中取电，并可提供数据。典型设备是u盘，移动硬盘。
（3）drp（dual role port）：
双角色端口，类似于以前的otg，drp既可以做dfp(host)，也可以做ufp(device)，也可以在dfp与ufp间动态切换。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（参考后面的介绍）决定；后续也可以通过switch过程更改（如果支持usb pd协议的话）。
2.2 type-c的power role
根据usb port的供电（或者受电）情况，usb type-c将port划分为source、sink等power角色
如下图显示常用设备的data role和power role
power role 详细可以分为：
a）source only
b）默认source，但是偶尔能够通过pd swap切换为sink模式
c）sink only
d）默认sink，但是偶尔能够通过pd swap切换为source模式
e）source/sink 轮换
f）sourcing device （能供电的device，显示器）
g）sinking host（吃电的host，笔记本电脑）
三、type-c的data/power role识别协商/alt mode
usb type-c的插座中有两个cc脚，以下的角色检测，都是通过cc脚进行的，但是对于插头、或者线缆正常只有一个cc引脚，两个端口连接在一起之后，只存在一个cc引脚连接，通过检测哪一个cc有连接，就可以判断连接的方向。如果usb线缆中有需供电的器件，其中一个cc引脚将作为vconn供电。
3.1 cc引脚有如下作用：
a）检测usb type-c端口的插入，如source接入到sink
b）用于判断插入方向，翻转数据链路
c）在两个连接的port之间，建立对应的data role
d）配置vbus，通过下拉电阻判断规格，在pd协商中使用，为半双工模式
e）配置vconn
f）检测还有配置其他可选的配置模式，如耳机或者其他模式
3.2 连接方向、data role、power role角色检测
3.2.1 sourcesink connection
如图所示，source端cc引脚为上拉，sink端cc引脚为下拉。握手过程为接入后检测到有效连接（即一端为host一端为device），随后检测线材供电能力，再进行usb枚举。
如下图指示了source端，在连接sink之前，cc1和cc2的框图模型：
a）source端使用一个mosfet去控制电源，初始状态下，fet为关闭状态
b）source端cc1/cc2均上拉至高电平，同时检测是否有sink插入，当检测到有rd下拉电阻时，说明sink被检测到。rp的阻值表明host能够提供的功率水平。
c）source端根据cable中哪一个cc引脚为rd下拉，去翻转usb的数据链路，同时决定另外一个cc引脚为vconn
d）在此之后，source打开vbus，同时vconn供电
e）source可以动态调整rp的值，去表示给sink的电流发送变化，告知sink最大可以使用的电流
f）source会持续检测rd的存在，一旦连接断开，电源将会被关闭
g）如果source支持高级功能（pd或者alternate mode），将通过cc引脚进行通信
如下图指示了sink端cc1和cc2框架：
a）sink的两个cc引脚均通道rd下拉到gnd
b）sink通过检测vbus，来判断source的连接与否
c）sink通过cc引脚上拉的特性，来检测目前的usb通信链路（翻转）
d）sink可选地去检测rp的值，去判断source可提供的电流。同时管理自身的功耗，保证不超过source提供的最大范围
e）同样的，如果支持高级功能，通过cc引脚进行通信。
如下图指示drp的cc引脚在链接之前的架构：
a）当作为source存在的时候，drp使用mosfet控制vbus供电与否
b）drp使用switch去切换自身身份作为source，或者是sink
c）drp存在一套机制，分三种情况，去决定自身是sink或者是source，去建立两者间彼此的角色。
情况1：不使用pd swap，随机变成source/sink中的任意一个，cc脚波形为方波
情况2：自身倾向于作为source，执行try.src，问对面能不能做sink呀，我做source
情况3：与情况2相反，自身倾向作为sink，执行try.snk，你做source，我做小弟
当然还存在source&source，sink&sink这种搞基模式，唯一的结果就是一直停留在unattached.snk/unattached.src，无法终成眷属。
3.3 type-c的其他模式
3.3.1 display port alternate mode
系统会通过usb pd协议中vdms的信息通信（cc引脚通信），去告知支持display port模式。在这个模式当中，usb superspeed 信号允许部分传输usb，部分传输dp信号。
3.3.2 audio adapter accessory mode
如下图，为3.5mm音频输入口转type-c端口，usb2.0链路被用来传输模拟音频信号，若带mic，mic信号则连接在sbu引脚上，在这个模式当中，电源可以提供到500ma电流。
host端如何识别到音频模式呢？把cc引脚和vcon连接，并且下拉电阻小于ra/2(则小于400ohm)，或者分别对地，下拉电阻小于ra(小于800ohm)，则host会识别为音频模式。
3.3.3 debug accessory mode （dam）
在dam下，连接软体和硬体提供可视化调试和控制的系统，使用较少。
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以tusb546(dfp)，tusb564(ufp)为例子
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如下图，两端设备会根据插入方向，切换数据链路。图x插入连接为cc1，因此tusb564切换到tx1/rx1
如图插入连接为cc2，因此tusb564切换到tx2/rx2，也就是根据cc引脚插入，识别插入方向
4.2 usb3.1和2 lane of displayport
切换原理如上，需要注意的是，dp信号是使用sbux进行传输
4.3 纯dp模式 4 lane
问题思考：如何确定是dp 4 lane模式或者是dp 2 lane+usb3.0 模式？
通过cc引脚，利用pd协议沟通，协商，pd controler 发起请求，并得到回应
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5.1 上拉电阻rp
rp有6个参数（5v档位和3.3v档位各3个），指示着不同的供电能力。
5.2 下拉电阻rd
都是5.1k电阻下地，能否检测电源供电能力，取决于电阻的精度。
5.3 线材中的下拉电阻ra
最小值800 ohm，最大值1.2k
5.4 名词解释
六、pd协议简介
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cc引脚在source和sink的大致波形
七、行业相关信息
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SL16系列射频同轴连接器参数介绍
微功率死区发生器电路图
苹果高通行动处理器芯片专利战在开启
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