TypeC充電方向小結(jié)

熊慕姓李 2020-03-13

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網(wǎng)上看到有人提出一個問題，如果將兩臺手機的typec通過tpyec-typec cable相連，是否可以實現(xiàn)一臺手機給另一臺手機充電，充電方向是怎樣的。

我自己試了一下，將兩臺typec手機（QC3.0快充協(xié)議）對插，確實可以實現(xiàn)一臺給另一臺充電，但是初始充電方向并不是由電量多少（電池電壓）決定的，連續(xù)多次插拔typec，初始充電主從狀態(tài)隨機出現(xiàn)，之后可以通過系統(tǒng)內(nèi)設置usb選項來自由切換充電主從。

查了很多博客和科技文章，感覺沒有說的特別清楚的，最后去USB網(wǎng)站上把typec的spec拉下來一看，什么都寫的清清楚楚。所以想要搞清楚一個問題，踏踏實實啃spec吧，別想著有人嚼碎了直接喂你。

1.先介紹一下Type C

直接貼引腳定義：

VBus：總線電源，USB PD協(xié)議可配置電壓，最大20V 5A

GND：地線

TxRx：Tx1 Rx1 Tx2 Rx2 兩組數(shù)據(jù)傳輸信號，USB3.1標準

CC：CC1和CC2，兩個關鍵引腳，作用很多：

探測連接，區(qū)分正反面，區(qū)分DFP和UFP，也就是主從（雖然typec支持正反插，但typec的點定義并不完全對稱，比如Rx1，翻轉(zhuǎn)插頭再插入就是Rx2，所以需要系統(tǒng)識別插頭的正反插情況，用來正確配置Tx和Rx的連接通訊，雖然定義里有CC1和CC2，但是線纜里只有一根cc線，正反插可以連接不同的引腳，通過讀取上下拉電平，從而識別插頭的方向）；

配置Vbus，有USB Type-C和USB Power Delivery兩種模式；

配置Vconn，當線纜里有芯片的時候，一個cc傳輸信號，一個cc變成供電Vconn，用來給線纜里的芯片供電（3.3V或5V）；

配置其他模式，如接音頻配件時，DP，PCIe時；

D+D-：用來兼容USB2.0協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，音頻復用時也是L R信號

SBU：復用引腳，和usb協(xié)議本身關系不大，復用為其他端口時使用

2.TypeC對插充電方向

接下來就是一開始提出的問題，兩臺手機用typec對插，是否能一臺給另一臺充電。

Type-C設備role分為host和device，對應充電過程中的source和sink。有三種形式：DFP（Downstream Facing Port）、UFP（Upstream Facing Port）和DRP（Dual Role port）。DFP只能做Source，CC線上拉電阻Rp；UFP只能做Sink，CC線下拉電阻Rd；DRP兩者都能做，通過switch切換Rp Rd。比如一般充電器是DFP，U盤是UFP，手機是DRP。

所以，我們的問題就是，兩個DRP端口相連，怎樣分配role？

USB端口交互行為：

首先明確幾個狀態(tài)，是我自己的理解：

source角色在未連接時的狀態(tài)Unattached.SRC，一旦檢測到CC線連接下拉電阻，進入AttachWait.SRC狀態(tài)，持續(xù)檢測下拉電阻，經(jīng)過tCCDebounce時間，然后進入正式source連接狀態(tài)Attached.SRC，并打開Vbus和Vconn。

sink角色在未連接時的狀態(tài)Unattached.SNK，一旦檢測到CC線連接上拉電阻，進入AttachWait.SNK狀態(tài)，經(jīng)過tCCDebounce時間后，檢測到了source打開的Vbus，之后進入正式sink連接狀態(tài)Attached.SNK，

接下來是幾種角色端口的交互行為。

Source 到 Sink：

引用TypeC SPEC：

簡單描述一下就是，source和sink通過typec連接后，source通過CC檢測到sink的下拉電阻Rd，認為有sink連接，source打開VBUS和VCONN（在另一條CC上），雙方建立連接，并且source可以通過調(diào)整上拉電阻Rp的大小來控制vRd的電壓值，sink通過檢測vRd的大小從而得知sink能從vbus上拉多大的電流。

Source 到 DRP

引用TypeC SPEC：

DRP在未建立連接前，會不斷切換連接上下拉電阻Rp和Rd（具體切換細節(jié)在下面分解）。

source和DRP通過typec連接后，在DRP連接Rd時，source通過CC檢測到Rd，之后打開VBUS和VCONN；DRP檢測到source的Rp，之后等source打開Vbus后，確認轉(zhuǎn)換為sink，并正式建立連接。

DRP 到 Sink

情況與上一種情況類似，不再贅述。

DRP 到 DRP

此種情況最為復雜，因為DRP也可以分為三種角色，普通DRP，DRP try source，DRP try sink，即有些DRP，在DRP之間的連接中，會有prefer的角色，比如筆記本和手機，肯定都是DRP，但是筆記本可能會設定為try source，因為筆記本畢竟電池容量比較大，如果將筆記本和手機相連，最好還是筆記本作為source給手機充電，而不要反過來，但是筆記本與墻插充電器相連時，筆記本肯定是sink。

在typec spec中，DRP和DRP相連的行為中，提到了3個case，case2和case3就是有一方DRP是try source或try sink的情況，這兩種情況比較復雜，這里不展開了，有興趣可以詳細查閱，這里只給出case1，兩個普通DRP之間相連的情況。

未正式建立連接時，兩個DRP都在各自不斷切換上下拉電阻，當有一時刻，DRP1是上拉電阻，DRP2是下拉電阻狀態(tài)，然后接下來就和Source 到 Sink的情況是一樣的。因為兩個DRP狀態(tài)是不斷切換的，所以連接時刻的DRP各自的狀態(tài)就決定了連接后的主從關系，當然如果某一時刻兩個DRP都是上拉或下拉，那連接行為最終會失敗，DRP重新進入不斷切換狀態(tài)等待連接。

那是否會有一種極端情況，兩個DRP切換狀態(tài)太同步了，一直是同上拉，同下拉，那這兩個DRP是不是就一直不能連接了，這就涉及到了DRP切換周期的問題。

還是回溯到SPEC中：

可以看出，SPEC定義了DRP 切換source和sink的一個完整swap周期為tDRP，其中dcSRC.DRP為整個周期中DRP作為source的百分比。SPEC明確說明了，用于控制這個周期和百分比的時鐘，不能來自于一個特別準確的時鐘源如晶振或陶瓷晶振等，以此來最小化兩個DRP在配對過程中出現(xiàn)無限失敗的問題。而對于各周期的上下限也非常寬裕，所以實際情況下各DRP的周期會不盡相同，不會出現(xiàn)兩個DRP切換周期一直同步而導致的配對過程無限fail的情況。

所以結(jié)論是，兩個DRP連接結(jié)果是主從隨機的，這也符合我一開始用兩臺手機試驗的結(jié)果。