Type-c设计，PD相关软硬件实现详解硬件

Type-c入门，以及设计相关详解

参考文献
Type-c 的引脚功能
- Type-c 的配置处理
- 逻辑USB –C线上下拉电阻
- Type-c 信号介绍--USB各版本的差异
USB Type-C口角色定义
- SOURCE到SINK连接
- - Sink端的结构
  - Source端的结构
  - DRP(Dual Role Port)双端口
  - Type-c 线定义
- CC通道的配置目的
- Type-C 接口可以实现两类附属模式（ accessory mode）
- Type-C 采样BMC（ Biphase Mark Coding）编码
- - BMC（ Biphase Mark Coding）编码定义
  - 数据到CC传输(发送)
  - 4b5b的解释
PD协议
- USB PD包的结构
- USB PD消息
- 主从端电源协商协议
- - 电源的切换序列
  - 数据的切换序列（空）
例子--USB Dock with DisplayPort
- 连接拓扑图
- 管脚分派
USB在STM32G0上的实现（空）

参考文献通用串行总线电力传输规范，版本2.0， 2016年3月25日
通用串行总线Type-C线缆和连接器规范1.2， 2016年3月25日
Type-c 的引脚功能

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分为AB两边，每边12PIN
A6 和A7

兼容了USB 2.0接口，插座上A6,A7与B6,B7对应的引脚是连在一起的。

CC1和CC2：

CC用于发现，配置和管理通过USB Type-C线缆建立连接
在实际使用中只使用一个CC通道，另外一个CC配置成Vconn，对emark供电

Emark是线缆上的一颗IC，会将线缆的供电能力输出，如果线缆的供电能力3A及以上必须输出信息。

SUB1和SUB2

复用功能，如Audio模式，DP模式，通过这两个线实现

VBUS

供电的线路，可在5V-20V之间调节，最大20V/5A 即100W供电
疑问：TI部分产品能实20V/10A 即200W的供电，协议如何处理。
通过CC通道和线缆or总线进行协商，主从端进行协商，具体的电压电流（使用单片机or IC 控制即控制cc上协商的数据从而改变输出）

高速信号线

USB3.1 Tx1 Tx2,Rx1 Rx2进行高速的数据传送

Type-c 的配置处理连接时包含一个配置处理的过程，目的有两个

检测一个DFP连接去一个UFP的连接
管理VBUS

配置过程

SRC to SINK插入或者拔出检测
插入的正反方向检测
初始化电源（ SRC-SINK）和建立数据关系。

逻辑USB –C线上下拉电阻

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逻辑USB –C ADAPTER上下拉电阻

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供电（ source）通过Rp的阻值来告诉耗电（ sink）自己的默认供电电流：
例：5V1.5A的设备就是上拉电阻22K
Source端默认的上拉电阻是56K，通过改变上拉电阻的阻值（漏电流）来告诉设备有更强的驱动能力。
Sink 端的下拉电阻同Source

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Type-c 信号介绍–USB各版本的差异

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USB Type-C口角色定义可以通过USB的PD协议进行动态的切换
数据角色

DFP --Houst–主机
UFP–Device–从机

电源角色

SOURCE 纯供电方
SINK 纯耗电方
DRP（ Dual role power）双重角色的的可供电设备。

SOURCE到SINK连接下图示意了CC线上链接的示意图

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下图示意了CC线上不同的上下拉电阻，所代表的不同设备使用情况的检测。PD协议中有详细的规范。

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如果cc1和cc2 两个都是开即没有连接
如果有一个cc检测到Rd，即cc线得到连接，

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Sink端的结构

Sink 必须有两个下拉电阻（ Rd）分别连接到两条CC脚上。
SINK通过检查到VBUS来确定一个Source的连接
SINK通过CC脚上的上拉来建立和检查一个正确的高速USB数据路径（正反向）
如果sink 支持PD和/或者VDM,需要CC通讯

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Rd分别加在cc1和cc2上
Source端的结构

Source 必须有两个上拉电阻（ Rp）分别连接到两条CC脚上，并且同时监测SINK
Source源在CC1和CC2上提供上拉电阻(Rp)，并监控两者以检测SINK。在任何一个引脚上存在一个Rd下拉电阻表明正在连接一个Sink。 Rp的值表示主机支持的初始USB Type-C当前供电能力。
Source用CC pin下拉特性来检测和建立高速USB数据路径的正确路由，并确定哪个CC pin用于提供VCONN
一旦检测到SINK， Source将启用VBUS和VCONN
Source可以动态的调节Rp值（默认52K），来告诉SINK可以改变usb type-c电流
Source应该实时监控Rd(sink端) 一旦SINK断开，应该立刻断开已供电源（ Vbus， Vconn）
如果Source 支持PD和/或者VDM,需要CC通讯

下图就是Source端的链接示意图：

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DRP(Dual Role Port)双端口

在VBUS中启用/禁用电源，最初在DFP模式中禁用VBUS
在建立一个特定的稳定状态之前， DRP、在将自身暴露为DFP和UFP之间交替进行，尝试检测设备的模式。
当DRP作为DFP呈现时，它遵循DFP的操作来检测一个附加的UFP。如果检测到UFP，它将应用VBUS，VCONN，并继续作为DFP进行操作。
当DRP作为UFP呈现时，它会监视VBUS，以检测它是否与DFP 相连，如果检测到DFP，它将继续作为UFP运行

注：DRP模式中会不断的检测Vbus以及Vconn的电源，设备需要供电时会给上电源，但是通信模式不变
线路连接示意图：

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Type-c 线定义

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带Rmark的Type-c线

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CC通道的配置目的在功能上，配置通道(CC)用于以下目的:
? 检测USB端口的连接/分离，例如DFP到UFP，配置VBUS
? 解析电缆方向和twist来建立USB数据总线路由，
? 建立两个连接端口之间的DFP和UFP角色
? USB电源传输通信

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Type-C 接口可以实现两类附属模式（ accessory mode）

音频模式（ audio）：通过检查到CC1和CC2上都有Ra时来进入音频模式

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调试模式（ Debug Accessory Mode ,DAM）
通过检查到CC1和CC2上都有不同的Rp和Rd阻值来决定进入不同的调试模式DTS或者TS
此模式使用较少

Type-C 采样BMC（ Biphase Mark Coding）编码 BMC（ Biphase Mark Coding）编码定义
数据是0，则电平不变，如果数据为1，则在数据有效位的中间产生一个数据翻转
BMC有一个固定的频率翻转，如果Data线上是0，则固定频率不变，如果是1，则在BMC的1/2频率上产生一次翻转。

传输速度为300kbps± 10%

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数据到CC传输(发送)

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4b5b的解释

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CC数据到数据（接收）

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PD协议 PD2.0和3.0的差异对比

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USB PD包的结构

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- Preamble ：64bit[1010101…]0开始的包含64个0和1的序列，不进行4b5b编码。
-SOP：不同数据包的开始，像接收者指明包的开始，谁是此消息的接收者（SOP, SOP '， SOP ‘’）是单向的，发一个再回来一个。

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USB PD消息

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CRC是32位的，引用头和所有数据。
? 不包括前言、 SOP和EOP。
? 多项式= 0x04C1 1DB7
? 初始值= 0xFFFF FFFF
【Type-c设计，PD相关软硬件实现详解】EOP是单k码(5位)
? 它触发当前帧的CRC结束(开始计算)。
? 它可以在任何时候发送，以提前结束一个数据包始
主从端电源协商协议

Source插入发现设备
Cable Plug返回信息，建立连接给ACK.SOP’’(此时连接已经建立)
source capabilities 通过Rp,提供供电能力信息，sink request 描述需要的电
接受（accept）则PS_ready 开始供电

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设备的切换

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电源的切换序列
电源的切换，这个在电力的角色切换，数据没有被切换

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Sink不支持

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Sink支持，但此时在忙，一会继续通信

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数据的切换序列（空）
例子–USB Dock with DisplayPort 连接拓扑图

cc进行初始化的操作
SBUS做信号的传输
TX2/Rx2 做高速信号的传输

支持音频拓展，DP的拓展

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管脚分派 A5：cc直连
USB正常连接
A8:audio 设备的配置
B3B2:做DP的数据传输

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Discover SVIDs
Discover Modes
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? Enter mode
? Config displayport

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以上配置都在cc中进行配置。
USB在STM32G0上的实现（空）实现的方案
乘风破浪的USB Type-C?和PD
http://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-625939-1-1.html
满足USB Type-C?应用需求的STM32/ STM8解决方案包括：
· 使用STM8或STM32 MCU的入门级“仅USB-C”解决方案
· UCPD认证的STM32微控制器和保护 USBType-C? 端口 TCPP01-M12 配套芯片，用于
· X-CUBE-USB-PD软件包，可简化在任何STM32 MCU上实施Type-C?端口管理器