极客工场

Appearance

共 1,391 字预计阅读约 5 分钟

USB Type-C 与 PD：CC 检测、角色判定与供电协商（Source/Sink） ​

更新时间：2026-09-19。前置：USB 端点与枚举、USB PHY 接口。USB 数据枚举走 D+/D- 或 SS 差分对；而插没插、谁供电、供多大、正反插由 CC（Configuration Channel）决定。

本文要回答的问题 ​

  • CC1/CC2 怎么判断插入、方向和供电角色？
  • Rp/Rd 电阻检测如何传递默认/1.5A/3A 能力？
  • PD 协议如何在 CC 上协商 5V 以外的 9/15/20V？
  • VCONN、电子标记线缆、DRP 双角色有哪些坑？

一、Type-C 基础：CC 决定一切 ​

接口里有两根配置通道 CC1、CC2（正反插时只有一根与线缆对应触点接通）。供电端（Source，传统「下行口」）在 CC 上接上拉 Rp；受电端（Sink）接下拉 Rd。Source 通过检测哪根 CC 上出现 Rd 来：

  1. 判定已连接；
  2. 由 CC1 还是 CC2 判定插头方向（据此切换高速多路复用器/mux）；
  3. 由检测到的电压（Rd 分压）判定 Sink 存在。

Sink 则检测 CC 上 Rp 的强弱（不同开路电压/电流档位）得知 Source 能给的默认电流：默认 USB / 1.5A@5V / 3A@5V 三档由 Rp 取值（不同电压源下的等效电阻）表示。

bash
Source: CC ─[Rp]─ 检测电流/电压
Sink  : CC ─[Rd=5.1k]─GND
插上 → Source 在 CC1 或 CC2 上测到 Rd 分压

二、数据角色与供电角色 ​

  • Source / Sink：供电方 / 受电方。
  • DFP/UFP：数据主（host）/数据从（device）。Type-C 允许供电与数据角色解耦。
  • DRP（Dual-Role Port）：手机、电脑这类可源可汇、可主可从的口，在没插时周期性切换 Rp/Rd，插入后按握手定角色，必要时可 role-swap。

三、VCONN 与电子标记线缆 ​

CC 接通后，线缆插头里的电子芯片（e-Marker，用于 3A 以上/5A、有源或高速线缆）需要供电：VCONN 由提供它的一端经「未用于通信的那根 CC」送出（约 5V 小电流）。控制器要正确决定哪根 CC 走 BMC、哪根给 VCONN。电子标记的线缆会报告其电流能力（5A）、速率（USB4/Gen3）等。

四、PD 供电协商（BMC over CC） ​

只有 Type-C 电阻检测时，最高只是 5V + 档位电流。**USB Power Delivery（PD）**在 CC 线上用 **BMC（Biphase Mark Coding）**数字通信协商更高电压：

bash
Source 广播 Source_Capabilities：5V/9V/15V/20V × 电流档
Sink 根据需求回 Request（如 20V/3A）
Source 评估 accept → 发 PS_RDY 时序
关键: Source 先在 CC 上接受请求，再把 VBUS 从 5V 切到目标电压
（旧规范有 vSafe5V 硬复位/GoodCRC 等完整状态机）
  • Sink 必须先在 5V 安全，协商成功后才允许升压；任何错误（过流、不兼容）回到 vSafe5V。
  • PD 还能协商 PPS（可编程电压，细粒度调压，快充常用）、Alternate Mode（DP/雷雳，用 SBU/CC 做发现）。
  • 消息有 GoodCRC 应答、重试、硬复位/软复位状态机。

五、控制器实现要点 ​

  • 两颗 CC 的比较器/ADC 检测 Rd/Rp/Ra，去抖判定 attach，驱动外部电源通路（load switch/PD 控制器）。
  • 供电端 VBUS 供电时序与 CC 协商严格联动，绝不能在未协商时输出 9/15/20V。
  • PD BMC PHY（CC 上收发、编码解码）+ 协议层状态机 + 策略引擎；多数用专用 PD/Type-C 控制器芯片（TCPC 架构：PD 控制器经 I2C 受 TCPM 管理）。
  • 方向检测输出控制高速 mux（USB3/DP）和 VCONN 通道。

六、常见的坑 ​

  1. 只接一根 CC：正反插一半概率检测不到，CC1/CC2 都要检测。
  2. 未协商就上高压：没有 PD 握手直接给 20V，可能损坏只支持 5V 的设备，必须先 5V 协商。
  3. Rp 档位配错：实际供不了 3A 却报 3A，重载掉压。
  4. VCONN 通道选错：在已用的 CC 上送 VCONN 或不给电子标记线缆供电，5A/高速识别失败。
  5. DRP 抖动/角色反复：两端都 DRP 时角色翻转逻辑不稳，需要固定或迟滞。
  6. 只做 Type-C 电阻没做 PD：以为 Type-C 就能快充，实际只有 5V。
  7. e-Marker 缺失跑 5A：普通线缆最多 3A，跑 5A 发热风险，需读线缆能力。
  8. Sink 过流/欠压保护缺失：升压后没有检测，异常无法回 vSafe5V。
  9. 旧充电器/A 口转接线：只有默认 5V/Rp 行为，PD 协商超时要正确回退。
  10. 高速 mux 与方向不同步：CC 判定方向后没切 SS/DP mux，枚举失败。
  11. SBU/AltMode 误用：DP 交替模式需经 PD 发现流程，不能强配。

相关与延伸 ​

USB 数据枚举见 USB 端点与枚举；PHY 见 UTMI/ULPI；PD 控制器多经 I2C 配置；片上电源见 LDO/DCDC。

总结 ​

Type-C 用 CC1/CC2 上 Source 的 Rp 与 Sink 的 Rd 电阻分压同时判断插入、方向和 5V 下的默认电流档，用 DRP 周期翻转实现双角色，用 VCONN 给电子标记线缆供电；而 5V 以外的 9/15/20V 大功率必须经 CC 上的 BMC 数字 PD 协商（Source 报能力→Sink 请求→接受后才把 VBUS 升压，异常回 vSafe5V）——只接一根 CC、未协商先上高压、Rp/VCONN 配错和把 Type-C 当快充是四大坑。