淺談Power Delivery起源與規(guī)格

過(guò)往產(chǎn)品的充電裝置多由各家廠牌使用各自的接口，導(dǎo)致裝置汰換時(shí)將造成許多浪費(fèi)。由于USB的普及，市面大部分的產(chǎn)品都透過(guò)此接口傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而促使人們欲提升USB供電能力的想法。過(guò)去即使透過(guò)USB Battery Charging 1.2 （BC1.2） 方式最多也只能提供7.5W （5V 1.5A），則電子產(chǎn)品需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)充電。

USB-IF （USB Implementers Forum） 于2012年發(fā)表第一版USB Power Delivery規(guī)范 （USB Power Delivery Specification Revision 1.0， Version 1.0），其規(guī)格使供電能力大幅提升到最高100W （20V 5A）。隨著更多功能的加入，規(guī)范不斷更新，現(xiàn)已來(lái)到USB Power Delivery Specification Revision 3.0 （后續(xù)以PD及PD Spec簡(jiǎn)稱）。

隨發(fā)展越來(lái)越成熟，Type-C接口漸漸成為市面上的主流，且多數(shù)產(chǎn)品支持PD，這些產(chǎn)品使用Configuration Channel （CC） pin傳輸PD溝通的訊息與協(xié)議，透過(guò)VBUS腳位供電。以下將從Type-C架構(gòu)簡(jiǎn)介開始，逐步了解PD概念。

Type-C 架構(gòu) （Source/Sink Detection）

依供電端與耗電端區(qū)分Power角色，廣義可分為下列三種：

對(duì)接的兩端透過(guò)CC與VBUS偵測(cè)是否有合適的裝置連接上：

1. Source：監(jiān)測(cè)CC pin電壓，當(dāng)Source 偵測(cè)到CC pin上Rd，表示接上Sink，則Source會(huì)在VBUS輸出5V

2. Sink：偵測(cè)VBUS，有5V時(shí)可知此時(shí)連接上Source

PD溝通前，Type-C連接示意圖 （圖一，取自Type-C Cable and Connector Spec）PD 架構(gòu)

以Source端舉例說(shuō)明，Device Policy Manager主要負(fù)責(zé)監(jiān)控裝置整體使用狀況，工作包含：控制Power Source和USB-C Port Control模塊，并與Policy Engine合作以調(diào)節(jié)電源分配，每個(gè)埠根據(jù)被分配到的資源與其對(duì)接的裝置協(xié)議。USB-C Control則控制前一小節(jié)所述Source/Sink Detection部分，之后PD行為的控制由Physical Layer （PHY Layer）、Protocol、Policy Engine三部分共同合作，最后由Power Source透過(guò)VBUS供電給對(duì)方。

USB PD 架構(gòu)示意圖 （圖二，取自PD3.0 Spec）Policy Engine

向上提供Device Policy Manager個(gè)別埠的狀態(tài)，使Policy Manager可以實(shí)時(shí)整合與更新裝置狀態(tài)并重新調(diào)配資源予每個(gè)埠。

向下依據(jù)政策判斷如何發(fā)送與響應(yīng)收到的PD訊息，并指示Protocol Layer建構(gòu)訊息。

Protocol Layer

傳送訊息端：接收Policy Engine的指示建構(gòu)所需訊息交給PHY Layer，并藉由對(duì)方回傳GoodCRC確認(rèn)訊息有正確送出，否則視為傳送失敗，適用重新發(fā)送（Retry）機(jī)制。

接收訊息端：收到PHY Layer傳來(lái)的訊息，解讀該訊息并將信息向上呈報(bào)給Policy Engine，在做相對(duì)響應(yīng)前，先建構(gòu)GoodCRC訊息讓PHY回送給對(duì)方，表示訊息已正確收到并解讀。

同時(shí)裝置雙方的Protocol Layer需各自計(jì)算對(duì)方是否在要求時(shí)間內(nèi)有正確的響應(yīng) （Timer check）。

若以上確認(rèn)內(nèi)容有偵測(cè)到任何錯(cuò)誤，任一方的Protocol Layer可發(fā)起Reset機(jī)制重整狀態(tài)：

PHY Layer

把Protocol層送來(lái)的訊息再加工，加上以4b5b方式編碼的SOP*、CRC、EOP以及Preamble，組成一完整的訊息，透過(guò)CC以BMC方式傳送給對(duì)方。

PD 訊息格式示意圖 （圖三，取自PD3.0 Spec）反之，收到訊息時(shí)，PHY要先驗(yàn)證收到的訊息CRC，若正確就將訊息向上回傳給接收端的Protocol Layer。

PHY Layer傳送訊息流程示意圖 （圖四，取自PD3.0 Spec）下圖以Source Capabilities訊息為例，簡(jiǎn)單表示上述內(nèi)容中的傳送端、接收端，以及訊息的傳送流程：

（圖五）

由上述可以看到對(duì)接的兩端裝置PD訊息都靠同一條路線 （CC） 傳送，為避免兩端同時(shí)傳訊息，Source的Protocol有Collision Avoidance機(jī)制可以透過(guò)指示PHY控制Rp設(shè)定，告訴Sink當(dāng)下是否可以只針對(duì)Source訊息響應(yīng)。
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