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Data Role描述了数据传输的方向。在Type-C接口中#xff0c;下行端口#xff08;DFP#xff09;可以作为Host或HUB#xff0c;负责提供VBUS和VCONN#xff0c;并接收数据。与之相对的上行端口#xff08;UFP#xff09;则作为Devi…一、Data Role协议通讯过程和工作原理
Data Role描述了数据传输的方向。在Type-C接口中下行端口DFP可以作为Host或HUB负责提供VBUS和VCONN并接收数据。与之相对的上行端口UFP则作为Device从VBUS中获取电力并发送数据。而双角色端口DRP则能够在Host和Device之间进行动态切换。
通讯信号内容
连接建立阶段
设备A发送默认的USB信号如USB JID信号给设备B。设备B收到信号后回复USB Detection信号给设备A确认连接建立。
数据传输阶段
设备A发送SOFStart of Frame信号给设备B表示开始传输数据。设备B收到SOF信号后回复ACKAcknowledgment信号给设备A表示数据已成功接收。数据传输过程中设备A和设备B通过交换一系列数据包实现数据传输。这些数据包可能包括Data Token、STPSplit Transaction Preamble、STP Token、Data Preamble、Data、Handshake等信号内容。
角色切换阶段
设备A发送PR_Swap请求信号给设备B请求切换为Sink角色。请求信号可能包含电压级别、电流限制等信息。设备B收到请求信号后通过CC引脚发送PR_Swap_GIVE响应信号给设备A表示同意切换。响应信号可能包含确认信息或状态信息。在角色切换完成后设备A作为Sink模式会打开VBUS和VCONN提供电力给设备B。同时设备B也会进行相应的配置调整以接收电力。
断开阶段
当设备A与设备B断开连接时双方设备会通过CC引脚发送DISCONNECT请求信号。请求信号可能包括断开的原因、断开前的状态等信息。在确认断开后设备A和设备B会关闭VBUS和VCONN结束连接。同时双方设备也会进行一些清理和复位操作。
二、Power Role协议通讯过程和工作原理
Power Role定义了供电的角色。根据USB PORT的供电情况来划分Source是供电方Sink则是受电方。Source Only表示只能作为供电方Sink Only则只能作为受电方。默认情况下设备为Source模式但可以通过PD SWAP协议切换为Sink模式。
通讯信号内容
源模式阶段
设备A作为Host模式默认打开VBUS和VCONN向设备B提供电力。设备B作为Device模式接收电力并发送回复信号给设备A该回复信号可能包括电力的状态、需求或反馈信息等。
角色切换阶段
当设备B需要从设备A接收电力时双方设备会进行角色切换。设备A作为Source模式发送PR_Swap请求信号给设备B请求切换为Sink角色。请求信号可能包含电压级别、电流限制等信息。设备B作为Sink模式响应PR_Swap_GIVE信号给设备A表示同意切换。响应信号可能包含确认信息或状态信息。在角色切换完成后设备A作为Sink模式打开VBUS和VCONN提供电力给设备B。同时设备B也会进行相应的配置调整以接收电力。
断开阶段
当设备A与设备B断开连接时双方设备会通过CC引脚发送DISCONNECT请求信号。请求信号可能包括断开的原因、断开前的状态等信息。在确认断开后设备A和设备B会关闭VBUS和VCONN结束供电。同时双方设备也会进行一些清理和复位操作。
如下图显示常用设备的Data Role和Power Role Power Role 详细可以分为
aSource Only
b默认Source但是偶尔能够通过PD SWAP切换为SINK模式
cSink Only
d默认SINK但是偶尔能够通过PD SWAP切换为Source模式
eSource/SINK 轮换
fSourcing Device 能供电的Device显示器
gSinking Host吃电的Host笔记本电脑
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。
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
连接方向、Data Role、Power Role角色检测
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 aSource端使用一个MOSFET去控制电源初始状态下FET为关闭状态
bSource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。
cSource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
eSource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
fSource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 aSINK的两个CC引脚均通道Rd下拉到GND
bSINK通过检测VBUS来判断Source的连接与否
cSINK通过CC引脚上拉的特性来检测目前的USB通信链路翻转
dSINK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
bDRP使用Switch去切换自身身份作为Source或者是SINK
cDRP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SourceSourceSINKSINK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。
Type-C的其他模式
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。 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MICMIC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。 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。
