USB Type-C PD中的快速角色交换将推动新的用户体验-电子发烧友网

我们生活在一个不断变化的时代，人们普遍一致地感觉到的是进步而不是混乱。新兴技术可能确实具有颠覆性，包括5G和人工智能，因此很容易理解它们为什么会受到大量关注。当它们各自单独发展时，它们可能会被认为不着边际。然而，对于那些更贴近的发展，很明显，它们将促成下一代应用领域，如自动驾驶和一个更智能的物联网(IoT)。与此同时，在熟悉的领域也在发生其他重大变化，包括更成熟的技术。其中包括USB。

Type-C 接口代表USB的一个显著进步，因为它提供比前代接口多得多的功能。为了支持这一愿景，USB Implemente rs Forum(USB-IF)负责监管新功能和特性的开发，这些功能和特性有可能从根本上改变我们的连接方式。最初USB作为一种支持和扩展PC功能的技术被推出时，在消费领域和其他领域都产生了巨大的影响。在成为连接外设与计算机的默认方法的同时，也为开发人员提供方便的调试接口。很快它就像其名字所示那样具有普遍性。当考虑到我们使用有线通信的方式时，USBType-C接口带来了可与5G相当的颠覆性因素。其中一个重要的因素是设备能够同时供电和被供电，并在这两种模式之间进行切换，而不需要用户的任何介入，这是有线总线所特有的。正是这种能力将有助于推动一种新的设备的推出，即独立的USB扩展坞(Dock)。

Dock的演进

USB集线器并非新的概念。主机一直能够计算比通过物理端口实际支持的更多设备，因此具有多个USB端口的集线器成为主机扩展物理USB端口数的简单方法。在这种情况下，控制总是属于主机设备，通常是一台PC，电源也一样。

在USB Type-C规范下，主机和设备的定义更为灵活，采用双角色端口(DRP)模式，支持设备在下行端口(DFP)和上行端口(UFP)之间切换。电源也更灵活，使设备能够动态地提供和接收电力。这超越了USBOn-The-Go (OTG)的概念，尽管可以公平地说，USB OTG在将USB生态系统从桌面扩展到我们的口袋中起了很大的作用。

USB Type-C的一个主要特点是电力传输(PD)。正是这种协议支持任何设备成为电源或被供电，同时不依赖数据流。

例如，外部供电的集线器，可为笔记本电脑充电，同时连接到投影仪或显示器。在这种情况下，笔记本电脑是一个电源接收器和一个数据源。总之，集线器成为网络的中心，虽然这有许多益处，但也带来某些负担。

比起所有设备都是集线器，人们更期望出现一类新的集线器 USB Dock；它支持多个USB Type-C端口和旧的USB端口。为了在电力传输方面在这些端口之间进行协商决议，Dock将需要支持专门为这一新模式开发的特性。

快速角色交换

除了DRP之外，支持新的Type-C模式的一个关键技术是快速角色交换(FRS)，它有效地确保需要电源的设备始终可以获得电源。实际上，在事件标准序列中，每当电源从扩展坞分离，这都会发生。FRS是一种加速电源角色交换序列的方法，这样数据就不会被中断(因此用户体验也不会中断)。实际上，如果电源从扩展坞移除，附加在其上的外设不应受到影响。

该过程是通过使用Type-C连接器上的CC引脚来控制和初始化的。如果电源从扩展坞上移除，它将通过驱动CC引脚到接地电位来向它当前正在供电的设备发出信号。此时，FRS信令覆盖CC端口上的任何活动，排队等待传输的消息将被删除。当接收设备响应FR_Swap消息时，就完成了握手协议；图1的流程图说明了FRS流程。

【图1：快速角色交换流程图】

图片说明

0：集线器由TA供电，并为设备供电

1：壁式适配器断开连接

2：集线器接收电源设备通过VBUS_SINK_DISC检测到断开连接，并将GPO2输出拉低

3：集线器初始化电源设备检测GPI2 输入上的低传输和停止供电

4：集线器初始化电源设备用ITCPCSendFRSwap向设备的初始化接收电力设备发出FR_Swap信号

5：设备的初始化接收电力设备收到FR_Swap信号，停止接收电力并开始为VBUS供电

该规范要求在150 µs或更短的时间内实现，因此需要一些额外的技术。通常，支持FRS的集线器将有多个Type-C端口可用，每个端口都有自己关联的Type-C端口控制器(包括电源传输(PD))。为了协调所有端口，PD控制器需要协同工作，这可通过使用一个Type-C端口管理器(TCPM)或为PD3.0设计的具有双角色端口和支持FRS的PD控制器来实现，例如安森美半导体的FUSB307B。

以一种持久的方式实现FRS需要考虑许多场景，例如如果扩展坞的主电源突然被移除会发生什么。这将影响到扩展坞上的所有设备，包括TCPM。