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這個接口做一個簡單介紹。
一、Type-C簡介及歷史
自1998年以來，USB發(fā)布至今，USB已經走過20個年頭有余。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)，由于各家產品的喜好不同，不同產品使用不同類型的插座，因此悲劇來了，我們也要常備N種不明用途的接口轉接線材。
USB協(xié)議發(fā)布時間節(jié)點
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，此類產品的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1萬次反復插拔；配備 Type-C連接器的標準規(guī)格連接線可通過3A的電流，如果使用的是帶了E-Marker的線纜，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，每個引腳都有不同作用
1）中心點對稱因此支持正反插。
2）TX/RX：兩組差分信號，用于數(shù)據(jù)傳輸。
3）CC1/CC2：兩個關鍵引腳，作用很多
探測連接，用于判斷插入方向，翻轉數(shù)據(jù)鏈路
配置Vbus，有USB Type-c和USB Power Delivery模式
配置Vconn，當線纜內有芯片時，一個CC傳輸信號，一個CC變成供電Vconn（實際上在不含芯片的線纜里只有一根CC線。含芯片的線纜也不是兩根CC線，而是一根CC，一根Vconn，用來給線纜里的芯片供電(3.3V或5V)）.
配置其他模式，音頻配件等
4）GND和VBus，各4個，因此傳輸功率強
5）D+和D-是來兼容USB之前的標準的
與前幾代傳統(tǒng)接口相比，Type-C能夠更先進的同時支持充電、數(shù)據(jù)傳輸、影像傳輸?shù)裙δ埽嬲龑崿F(xiàn)“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VBUS上交流耦合的FSK信號的調制（24MHz）進行半雙工通信，從而實現(xiàn)手機和充電器的充電過程。
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通信就開始在CC線（type-C接口通信配置通道）上進行，以此來選擇電源傳輸?shù)囊?guī)格，此部分由SINK端向SOURCE端詢問能夠提供的電源配置參數(shù)（5V/9V/12V/15V/20V）。
USB-PD協(xié)議的Type-C系統(tǒng)充電原理框圖
以手機端和適配器的9V充電為例，整體過程如下：
USBOTG端（從設備：適配器端）監(jiān)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下拉電阻則說明該電纜支持USBPD通信，此時通信過程開始。
SINK端發(fā)起SOP（起始段），啟動SOURSE端USBPD設備管理器，申請獲取SOURSE端能提供的規(guī)格資料；
SOURCE端回復能提供的規(guī)格列表，即根據(jù)USBPD規(guī)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(guī)格，即選擇一個電壓和電流對，并帶上所需要的電流參數(shù)，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線纜上由5V抬升到9V；
手機收到消息后，SINK端會調整充電電壓和電流，待SOURSE端的VBUS線纜到達9V并達到穩(wěn)定進行充電。
PD通信波形電平變化
總結：USB-PD協(xié)議的工作原理簡單的說就是利用Type-C接口的CC線作為數(shù)據(jù)線來協(xié)商電壓、電流以及供電方向，整個通信過程需要按照特定的數(shù)據(jù)包格式，并且存在相互認證的過程。
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