USB-PD2

USB-PD27、电源供应7.1电源需求USBPD的source对遗留的Vbus端口具有向后兼容性，USB设备插上接口还没接通时，按照 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 向Vbus提供相应的电流和电压。硬置位后，Source回到vSafe0V后一段时间内升回vSafe5V。source控制Vbus的下降、上升和过渡都有时间要求。在USBpowerdelivery系统中，PDO表明了各种电源类型及其相应的输出电压范围。电压正向跃迁是可控，由低电平上升到vSrcNew是单调变化，转化时间从t0开始到被source接收的GOODCRC信息的EOP的最后一位终止。负向跃迁转化后的电压在vSrcValid最大和最小值之间。如果协商后的电压是vSafe5V，vSrcValid限制转换时间和转换电压。PPS转化过程是步进和线性变化结合,其输出电压值的变化与ADC转换器的最低有效位值相关。在PPS中，当sink需要更多的电流时，PPS需要启动折返功能，起到折返式限流作用。电流电压从折返状态跃迁到恒压恒流时，或者从恒定状态跃迁到折返状态需要设置电流电压阀值。如果出现意外情况，会硬重置使得Vbus回到Vsafe5V。FixedsupplyPDO提供规定的电压值（比如5V，9V，15V，20V）,其提供的新电压的转换曲线如下：VariablesupplyPDO（没电池）提供的输出电压在给定的数值范围内。PPS的输出电压是步进变化且有范围控制，每一步的变化值与LSB对应的压差相关，并有vPpsValid的范围控制。硬重置条件下，会把Rp从Vconn端移掉，然后把Vbus拉到0V。自供电设备在硬重置后不断开USB连接但没法执行全部功能，总线供电设备在硬重置后会与USB断掉连接。一旦连接建立起来，如果出现警告信息则source会硬重置。在source检测到电流不存在问题后，会启动恢复操作。如果恢复默认状态后过流保护措施仍热执行，那么关闭端口或系统是应对的一种恰当的响应。过温保护也是如此。Source作为备用电源时释放bulkcapacitance上的电量，使得Vbus下降为0，于是source发生了powerroleswap。在swapstandby过程中，双角色电源交换端口应配置成sink。在Vbus驱动被移除后，与source切换为备用电源相关的PS_RDY信息被发送出去。Source被切换为备用电源后，不再作为源的角色，而是准备成为新的sink。这个新的sink在新的source发送PS_RDY信息后使用电源。在与sink交涉后发生过载操作，source发送新的sourcecapabilities（固定电压的PDO的峰值比特位设为00b）以阻止其发生。Source有更大的能力去获取峰值电流，而不是使用固定电源PDO中的峰值区域，这时要使用到sourcecapabilities_extendmessage的峰值域。当Vbus超过5V时，HubDRP发送fastroleswap给HostDRP。当在HubDRP端连接器的Vbus下降到vsafe5v以下时，PS_RDY信息发送给hostDRP去进行角色交换。在交换过程中，新的source检测到Vbus低于vsafe5V(max)时,会阻止其低于vsafe5v(min)，当然这需要一定时延。（注：角色交换后，作为newsink的hostDRP优先级高于fastroleswap）。7.2sink的配置Sink设备在一开始加载时会瞬间有一个较大电流，需要控制Vbus，防止浪涌电流破坏电路。在电源角色交换过程中，sink在变成新的source之前切换成备用。Source同时控制电压和电流转换去主导PD操作。在折返电流中操作PPS时，注意调节功率防止浪涌电流。在powerroleswap协商过程中sink从Vbus中吸收电流，source放电到0V,就算Vbus不是5v，sink的USB连接端也不会复位。当source与sink分离时，Vbus被放电低于5V,sink从输入电容吸收功率。为了安全可靠的sink设备，放电电路需具备以下特点：协商的Vbus=20V，允许的最大供应电压Vbus=21.5V，最大bulk电容=30uf，分离时的电源功耗=12.5mW。在大多数场合，安全的sink端需限制sinkbulk的容值。过压保护的端口在source的Vbus重新建立vsafe5V时，恢复默认操作。在恢复默认操作后，如果过压保护继续执行，sink会关闭系统或端口。稳定的连接建立起来后，如果出现alert信息，sink端会硬置位。7.3转化过程电压和电流的变化过程，首先source端的policyengine发送accept信息给sink,sink端的policyengine接收accept信息后开始计时；sink端的协议层发送GOODCRC信息回source并让sink端的policyengine评估accept信息;source端的协议层接收GOODCRC信息，让source端的policyengine去更新电源输出；sink端的policyengine让devicepolicymanger调整sink的电压值。Source的devicepolicymanger传送电源供应信息给policyengine,让它调整source端的输出电源电压。Source端的policyengine发送PS_RDY信息给sink,sink端的policyengine接收PS_RDY信息;sink端的协议层发送GOODCRC信息给source，并让sink端的policyengine评估PS_RDY信息;source端的协议层接收GOODCRC信息;sink端在评估完PS_RDY信息，开始调节端口的电量供应。Powerroleswap过程中，policyengine收发accept信息，协议层收发GOODCRC信息，sink的policyengine告诉devicepolicymanager去swapstandby;source接收GOODCRC后，通知devicepolicymanager去swapstandby，将CC线上的Rp变为Rd。policyengine收发PS_RDY信息。Protocollayer收发GOODCRC。Sink的policyengine告诉devicepolicymanager让端口角色变为source,将CC线上的Rd变为Rp。devicepolicy告诉policyengine准备好，收发PS_RDY。Source端评估PS_RDY，swapstandby给sink,协议层收发GOODCRC信息。Fastroleswap中sink在CC线上检测到FR_SWAP，再发回FR_swap信息给source。协议层收发GOODCRC。Policyengine收发accept信息，协议层收发GOODCRC信息。source的policyengine检查到Vbus<5V,其CC线的Rp变为Rd，source将PS_RDY信息发送出去，sink接收到PS_RDY信息并policyengine检查到Vbus<5V,newsource供电给Vbus使变为5V。协议层收发GOODCRC信息，sink端的Rd变为Rp,policyengine收发PS_RDY信息。改变PPS、PDO、APDO的电压，首先policyengine收发accept信息，protocollayer收发GOODCRC信息。Source发送accept后，devicepolicymanger让source端口电压变化并传递信息给policyengine。Policyengine收发PS_RDY信息，协议层收发GOODCRC。Sink告诉devicepolicymanger调节输出电压。8、设备策略设备策略管理器能够管理USBPD端口的电源分配，能根据端口、设备（PD和noPD）的内部电源信息收发供电信息。Devicepolicymanger根据source和sink的请求和响应去匹配端口的电流电压，还能管理进行电源角色交换。Devicepolicymanger能主导本地策略制定；对于source端而言能监视性能和触发变化；对于sink能响应特定端口的policyengine的请求；对给定端口的引擎提供接口，并对连接的设备加以控制。Devicepolicy根据sink的需求去评估它的source端的供能情况。系统策略管理器可向设备策略管理器请求执行端口的本地策略。设备策略管理器控制USB-C端口模块进行供电、检测电缆功能和连接状态，控制端口的操作角色并传输电源信息给policyengine。设备策略管理器在给支持PD设备的供电中起重要作用，还能回收部分电源。有些产品在不同的功率级别上会发挥不同的作用，而设备策略管理器会提供相应的机制管理。使用大负载的设备的操作电流使用最大电流（giveflag=0），使用自身电池充电的使用最小电流（giveflag=1）。如果需求的功率有限，HDD在请求功率之前会使用gotomin信息回收部分功率。在得到最终的授权之前，HDD继续请求额外的电源。像gotomin信息是从一个端口回收功率去支持另一个端口的consumer执行短期的操作。使用gotomin回收的功率算作电力储备的一部分。Consumer在请求他的电源回流能力时，应该考虑到自身正常工作需求。如果功率出现不协调，设备策略管理器会通知系统策略管理器，系统策略管理器会通知用户切换到备用端口。当设置了无约束电源位时，会通知所连的设备去使用能够维持其正常工作的外部电源，该电源既可以是给系统供电，也可以是外部的电池或交流电源或多端口电源接口。当两个设备连上unconstrained电源，它们会制定策略阻止自己与对方发生持续的能量交换。设备策略管理器控制每一个端口的策略引擎接口。Provider/consumer的设备策略管理器通知策略引擎交换角色，收发响应，评估电源性能。每个端口有策略引擎，与设备策略管理器交互，以实现本地的策略制定。Source和sink指示AMS在协议层中通过PE_SRC_Ready或PE_SNK_Ready状态开始或结束。协议层在策略引擎的驱动下形成信息，发送到物理层。Sender的物理层给信息附上CRC发送，receiver的物理层接收信息并检查CRC，之后物理层移除CRC，并将信息发往协议层。协议层检测到信息的messageid不同则复制一份存储，再把信息发往策略引擎，同时协议层发CRC信息给物理层。Recevier的物理层接收并检查后，加上GOODCRC信息发送。Sender的物理层移除CRC，把GOODCRC信息发给协议层，协议层增加message_id的值,之后通知策略引擎信息成功接收。当传输过程中有干扰的话就无法正常传输，需要重新传输。传输干扰或bad的CRC导致信息没传到协议层，GOODCRC没被发送。如果接收的messageid和之前存储的一样说明是出错重试。信息不会发给策略引擎。当策略引擎接收到不识别或错误信息时，协议层会软件重启。Sender接收到的GOODCRC有错误，可能是CRC接收定时器计数溢出然后重试发送。Receiver的物理层没接收到信息或信息中附带坏的CRC，发送端的协议层开始重试发送。AMS在上一个信息被成功发送（GOODCRC已被接收完成）之前是中断的。电源协商过程中source在sourcecapabilities中发送它的powercapabilities信息，sink从发送过来的性能信息中挑选出合适的功率级别，再向source发送请求信息。Source接收请求信息后，向sink发送accept信息。Source切换到新的功率级别后，发送PS_RDY信息通知sink,而后sink使用新的功率级别。在这过程中sourcecapabilities、accept、PS_RDY、GOODCRC信息在协议层中产生，信息加上CRC后传到物理层中收发，协议层检查messageid的值，协议层评估接收的信息后会通知策略引擎去操作。在收发PS_RDY之前端口的输出功率更新到新的级别。只有接收GOODCRC端口的协议层才对messageheader中的messageid产生影响。Hard/softreset过程中一开始复位messageid，hardreset过程中PHY层发送hardreset后不通行，协议层通知策略引擎hardreset，策略引擎请求设备策略管理器将端口恢复默认状态，sink复位后PHY层通道接通，复位完成后，软复位协议层收发accept信息，硬复位收发sourcecapabilities信息。电源角色交换过程（不需协议好功率），发送交换指令，再用GOODCRC确认接受成功，然后发送accept信息。进行交换时，策略引擎请求设备策略管理器变换CC线上的Rp/Rd,再发送PS_RDY命令，其messageheader的端口角色位已改变。变换后newsink端口输出值降为vSafe0V，newsource输出值为vSafe5V。发送PS_RDY总是由initialsource开始，即交换过程是由initialsource变为sink开始。数据角色交换过程中source和sink的角色保持不变，协议层收发交换指令和accept指令后portdatarole角色改变。Vconn交换过程中发送交换指令和accept指令,Vconn的状态改变，先从Vconnoff的一端开始，经过PS_RDY信息后另一端才失去Vconnsource。在VDM信息的传送过程中，DFP与UFP、cableplug通信时，要先建立稳定的连接，然后DFP协议层发送discoverid指令给UFP或cableplug。UFP或cableplug接受信息后，先发送GOODCRC（协议层生成，物理层发送）给DFP，接着在策略引擎的请求下，协议层生成discoverid的响应命令发给DFP,DFP接受后发回GOODCRC信息。而source端口与cableplig通信时可不用先建立稳定的连接。在DFP找到合适的SVID和mode后开始进入相应的mode中，如果entermode那先有稳定连接且进入USBsafe；如果exitmode那要进入USBsafe模式中（适用于DFP与UFP、cableplug之间通信，cable不需要稳定连接）。UFP发给DFP的attention命令只需要协议层在策略引擎和物理层的作用下收发attention和GOODCRC命令即可完成（attention命令只包括请求但没有响应回来）。当sink/source获取alert信息后还要获取合作端口的性能状态信息去做相应的改变。Source/sink向通信的端口发出请求状态信息的命令（policyengine指挥协议层生成，物理层加载CRC后发送出去），合作端口/cableplug接受后，返回GOODCRC，同时在policyengine的指挥下，向DPM请求端口信息状态，再告诉协议层生成相应信息发送出去，对方接受后一样返回GOODCRC以示接受完成。像在sink、source、cableplug之间交换加密信息或升级固件，发出请求和接受响应和以上过程类似。自动测试过程，有BIST载波模式和BIST测试数据模式。载波模式发生在tester和UUT之间，tester发送携带载波模式的BIST信息给UUT，UUT返回GOODCRC信息，UUT的策略引擎告诉协议层进入载波模式，进入载波模式后协议层开始生成载波模型，物理层生成载波数据流，该测试可以用来测试电源的噪声和频率漂移。Tester发送BIST信息（包含BIST数据对象）给UUT，UUT接受后在policyengine作用下进入BISTTestdata模式，Tester发送BIST信息给UUT，UUT给予GOODCRC响应，以此重复多次，当hardreset后UUT退出该模式。9、状态和状态报告章节讲述了数据连接（D+/D-和SSTx/SSRx+/-）设备的机制,也讲述设备转化到相应的USBPD状态的变化过程。支持PD功能的设备插上电缆插座后要以自供电的方式报告自己。USB3.0与PD协议有些不同，比如Vbus单独存在不意味着设备从USB连接状态转换到USB供电状态，Vbus移除也不表示从USB状态变为附着状态。PDUSB设备在成功建立连接后在配置描述符的bMaxPower位域中报告零值，当切换回标准USB操作时重新列举配置描述符。设备端口之间的连接既是功率电源的流动，也是状态和控制信息组成的通信。在基础的USB系统中，host管理着策略（不同于USBPD机制，这是管理本地策略），这种系统级别的策略信息是由标准的USB数据线进行通信的，传输着状态信息和控制请求。SPM接受从主机或从机的状态信息，管理好主机的信息并向用户提供反馈。SPM协调好系统中provider和consumer的请求的本地策略或功率信息。本地策略的变动会使用PD协议去在连接的设备之间重新协调。刚连接上或硬件复位后USB设备默认是sink，当从USB附着转化为USBpower状态时有以下步骤：USBpower转换为USBattached:从USB的任何状态转化为USBattach状态在数据角色交换后PDUSBhost变为PDUSBdevice:软件操作：第一PDUSBdevice与供电端的系统策略管理协商好是否能正常使用；第二建立连接后设备发出信号与xHC连接；第三、根据设备要求的功能驱动如果设备不能从系统中获得足够的功率能量去执行相应的功能，那主机会显示相应的供能失败的信息。PDUSB设备会返回功能描述符，这些二进制的描述符作为存储描述符集的一部分。PDUSB设备如果有电池，会支持与电池相关的请求。PDUSB集线器或外围设备有电池的话要在被请求时返回电池的状态信息。如果相关的设备没配置，那响应无法识别。如果配置错误，那相应的操作不执行。设备在BOS描述符中报告PD性能才有效。10、功率的规律为了避免适配器的不兼容性，需定制一些通用的功率规则。Source的功率规则：适合适配器的电流和电压需求，有大的PDP能够给小的PDP适配器供电，适配器系统与device的系统相互联系匹配。以下为规范的电流电压值对于5V@3A的USBTYPE-c的source，功率大于15W是违反规则的；3A的线缆比较常见，在增加到最大电压20V之前，工作电流不能超过3A。按照协议最大的是20V@5A。所以固定的PDO有5V、9V、15V、20V。不管是source还是sink的rule，FixedsupplyPDO、variablesupplyPDO、batterysupplyPDO的最大电流和电压值不要超过规范的PDP。可编程的PDO或APDO的PDP要按照下面的规范：在可编程电源中对于固定的规范电压值，是有一定的电压范围变动的。在该范围内可看成对应的固定值。在实际运用中电源适配器会广播多种PDP组合（固定的和可编程的），但不能违反功率规则，广播的PDO/APDO不能超过7个。一般低的PDP的source要给高PDP的sink供电。为了优化用户体验source有高的PDP，而sink有低的PDP。不管source的PDP大于规范值还是等于规范值，sink都为其提供一样的用户体验。