前面我們介紹了USB-PD快充的發(fā)展歷史，今天這篇文章我們就來(lái)了解一下USB-PD快充的工作原理。

在了解USB-PD快充原理之前，我們需要針對Type-C這個(gè)接口做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

一、Type-C簡(jiǎn)介及歷史

自1998年以來(lái)，USB發(fā)布至今，USB已經(jīng)走過(guò)20個(gè)年頭有余。在這20年間，USB-IF組織發(fā)布N種接口狀態(tài)，包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等接口形態(tài)，由于各家產(chǎn)品的喜好不同，不同產(chǎn)品使用不同類(lèi)型的插座，因此悲劇來(lái)了，我們也要常備N(xiāo)種不明用途的接口轉接線(xiàn)材。

 USB協(xié)議發(fā)布時(shí)間節點(diǎn)

2013年1月7日，USB3.0推廣組織在美國消費電子展上宣布，第一批傳輸速率達到10GB/s的設備將于2014年面市，此類(lèi)產(chǎn)品的USB接口采用USB3.1的標準，即Type-C接口。Type-C接口插座端的尺寸約為8.3mmX2.5m纖薄設計；支持從正、反兩面均可插入的“正反插”功能，可承受1萬(wàn)次反復插拔；配備 Type-C連接器的標準規格連接線(xiàn)可通過(guò)3A的電流，如果使用的是帶了E-Marker的線(xiàn)纜，則可以提供最大達100W的功率。

Type-C插座（母座）端引腳圖示

Type-C插頭（公頭）端引腳圖示

由上圖可以看到TYPE-C的接口引腳圖，每個(gè)引腳都有不同作用

 1）中心點(diǎn)對稱(chēng)因此支持正反插。

2）TX/RX：兩組差分信號，用于數據傳輸。

 3）CC1/CC2：兩個(gè)關(guān)鍵引腳，作用很多

      探測連接，用于判斷插入方向，翻轉數據鏈路

配置Vbus，有USB Type-c和USB Power Delivery模式

配置Vconn，當線(xiàn)纜內有芯片時(shí)，一個(gè)CC傳輸信號，一個(gè)CC變成供電Vconn（實(shí)際上在不含芯片的線(xiàn)纜里只有一根CC線(xiàn)。含芯片的線(xiàn)纜也不是兩根CC線(xiàn)，而是一根CC，一根Vconn，用來(lái)給線(xiàn)纜里的芯片供電(3.3V或5V)）.

配置其他模式，音頻配件等

4）GND和VBus，各4個(gè)，因此傳輸功率強

5）D+和D-是來(lái)兼容USB之前的標準的

      與前幾代傳統接口相比，Type-C能夠更先進(jìn)的同時(shí)支持充電、數據傳輸、影像傳輸等功能，真正實(shí)現“一口多用”的強大用途。

2021年9月，USB-IF組織發(fā)布了最新的USB Type-C接口和線(xiàn)纜V2.1版本標準協(xié)議，供電能力從100W提升到了240W。

二、USB-PD的充電原理

USB-PD通信通過(guò)VBUS上交流耦合的FSK信號的調制（24MHz）進(jìn)行半雙工通信，從而實(shí)現手機和充電器的充電過(guò)程。

USB-PD通信電纜

      SOURCE端和SINK端分別代表適配器端和手機內部芯片SINK控制器，從USB通信傳輸角度可以理解為USBHOST（主設備）和USBOTG（做從設備）。

      當電纜接通之后，USB-PD協(xié)議的SOP通信就開(kāi)始在CC線(xiàn)（type-C接口通信配置通道）上進(jìn)行，以此來(lái)選擇電源傳輸的規格，此部分由SINK端向SOURCE端詢(xún)問(wèn)能夠提供的電源配置參數（5V/9V/12V/15V/20V）。

USB-PD協(xié)議的Type-C系統充電原理框圖

以手機端和適配器的9V充電為例，整體過(guò)程如下：

USBOTG端（從設備：適配器端）監控VBUS上電壓狀態(tài)，如果有VBUS的5V電壓存在并且檢測到OTG的ID腳是1K下拉電阻則說(shuō)明該電纜支持USBPD通信，此時(shí)通信過(guò)程開(kāi)始。

      SINK端發(fā)起SOP（起始段），啟動(dòng)SOURSE端USBPD設備管理器，申請獲取SOURSE端能提供的規格資料；

      SOURCE端回復能提供的規格列表，即根據USBPD規范解析該消息得出適配器所支持的所有電壓和電流列表對；

      SINK端回復選擇的電壓規格，即選擇一個(gè)電壓和電流對，并帶上所需要的電流參數，發(fā)出相應的請求；

      SOURSE端適配器內部解碼轉換后接受請求，調整適配器輸出，把VBUS線(xiàn)纜上由5V抬升到9V；

      手機收到消息后，SINK端會(huì )調整充電電壓和電流，待SOURSE端的VBUS線(xiàn)纜到達9V并達到穩定進(jìn)行充電。

PD通信波形電平變化

總結：USB-PD協(xié)議的工作原理簡(jiǎn)單的說(shuō)就是利用Type-C接口的CC線(xiàn)作為數據線(xiàn)來(lái)協(xié)商電壓、電流以及供電方向，整個(gè)通信過(guò)程需要按照特定的數據包格式，并且存在相互認證的過(guò)程。

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