一文了解USB Power Delivery(一)

浅谈Power Delivery起源与规格

过往产品的充电装置多由各家厂牌使用各自的接口，导致装置汰换时将造成许多浪费。由于USB的普及，市面大部分的产品都透过此接口传输数据，进而促使人们欲提升USB供电能力的想法。过去即使透过USB Battery Charging 1.2 （BC1.2） 方式最多也只能提供7.5W （5V 1.5A），则电子产品需要较长的时间来充电。

USB-IF （USB Implementers Forum） 于2012年发表第一版USB Power Delivery规范 （USB Power Delivery Specification Revision 1.0， Version 1.0），其规格使供电能力大幅提升到最高100W （20V 5A）。随着更多功能的加入，规范不断更新，现已来到USB Power Delivery Specification Revision 3.0 （后续以PD及PD Spec简称）。

随发展越来越成熟，Type-C接口渐渐成为市面上的主流，且多数产品支持PD，这些产品使用Configuration Channel （CC） pin传输PD沟通的讯息与协议，透过VBUS脚位供电。以下将从Type-C架构简介开始，逐步了解PD概念。

Type-C 架构 （Source/Sink Detection）

依供电端与耗电端区分Power角色，广义可分为下列三种：

对接的两端透过CC与VBUS侦测是否有合适的装置连接上：

1. Source：监测CC pin电压，当Source 侦测到CC pin上Rd，表示接上Sink，则Source会在VBUS输出5V

2. Sink：侦测VBUS，有5V时可知此时连接上Source

PD沟通前，Type-C连接示意图 （图一，取自Type-C Cable and Connector Spec）PD 架构

以Source端举例说明，Device Policy Manager主要负责监控装置整体使用状况，工作包含：控制Power Source和USB-C Port Control模块，并与Policy Engine合作以调节电源分配，每个埠根据被分配到的资源与其对接的装置协议。USB-C Control则控制前一小节所述Source/Sink Detection部分，之后PD行为的控制由Physical Layer （PHY Layer）、Protocol、Policy Engine三部分共同合作，最后由Power Source透过VBUS供电给对方。

USB PD 架构示意图 （图二，取自PD3.0 Spec）Policy Engine

向上提供Device Policy Manager个别埠的状态，使Policy Manager可以实时整合与更新装置状态并重新调配资源予每个埠。

向下依据政策判断如何发送与响应收到的PD讯息，并指示Protocol Layer建构讯息。

Protocol Layer

传送讯息端：接收Policy Engine的指示建构所需讯息交给PHY Layer，并藉由对方回传GoodCRC确认讯息有正确送出，否则视为传送失败，适用重新发送（Retry）机制。

接收讯息端：收到PHY Layer传来的讯息，解读该讯息并将信息向上呈报给Policy Engine，在做相对响应前，先建构GoodCRC讯息让PHY回送给对方，表示讯息已正确收到并解读。

同时装置双方的Protocol Layer需各自计算对方是否在要求时间内有正确的响应 （Timer check）。

若以上确认内容有侦测到任何错误，任一方的Protocol Layer可发起Reset机制重整状态：

PHY Layer

把Protocol层送来的讯息再加工，加上以4b5b方式编码的SOP*、CRC、EOP以及Preamble，组成一完整的讯息，透过CC以BMC方式传送给对方。

PD 讯息格式示意图 （图三，取自PD3.0 Spec）反之，收到讯息时，PHY要先验证收到的讯息CRC，若正确就将讯息向上回传给接收端的Protocol Layer。

PHY Layer传送讯息流程示意图 （图四，取自PD3.0 Spec）下图以Source Capabilities讯息为例，简单表示上述内容中的传送端、接收端，以及讯息的传送流程：

（图五）

由上述可以看到对接的两端装置PD讯息都靠同一条路线 （CC） 传送，为避免两端同时传讯息，Source的Protocol有Collision Avoidance机制可以透过指示PHY控制Rp设定，告诉Sink当下是否可以只针对Source讯息响应。
        责任编辑:tzh