2014年5月26日 星期一

USB Power Delivery for USB Type A/B

新的USB spec-- "USB power delivery" 已經接近產品階段了 ,這個新的spec定義了USB傳輸功率達到100W (20V/5A)。在供電端與受電端要如何達成溝通呢?

The "USB power delivery" is near the production stage, it is defined to achieve 100W (20V/5A). How the
Provider and Consumer proceed communication.

角色Role
USB PD定義了三種port,Source、Sink與Dual-Role port。Source就是Provider作為供電端,Sink是Consumer作為受電端。Dual port又分兩種,一種是P/C,另一種是C/P。P/C代表它是供電端但它可以被切換為受電端。C/P代表他是受電端,但它有能力被切換為供電端。

USB PD defined three kind of port , Source ,Sink and Dual Role port. Source is the Provider and supply power. Sink is Consumer and consume the current.
實體層 Physical  layer
為了要讓Provider與Consumer相互溝通,USB-PD 將兩方溝通的資料,用FSK信號載在VBUS BUS上。所以在USB PD的實體層,我們可以發現在兩端多了zisolation與cAC-Coupling。zisolation是用來濾掉FSK訊號,讓供電端跟受電端的電源不要被FSK信號影響。cAC-Coupling用來濾掉電源,讓兩端的FSK接受器 , 可以單純接受到FSK信號。


應用Application
上圖為USB PD的一個應用範例。AC adaptor供電給Laptop,再做為Laptop做為Provider供電給
Display1,Display1有兩種角色,一端做為Consumer接受Laptop的電,另一端再做為Provider供電給Display2。下面為這些裝置達成USB PD連接的經過。

1.Display1經由USB3 Superspeed port接到Laptop,這時為low power mode,Display1會抽5V/0.15A。

2.Laptop會透過FSK送出它的Source capabilities 5V/2A,12V/3A,20V/3A訊息給Display1。Display1端知道它自已需要20V/1.5A,所以會發訊息給Laptop,Laptop便輸出20V/1.5A。

3.Display2接到Display1 後,由於Display1沒有多餘的供電能力,所以它會跟Laptop要求 20V/1.73A (34.6W),用來提供USB3需求的5V/0.9A(4.5W)。

4. Display1從Laptop得到20V/1.73A後,就會供電給Display3,Display2這時為low power mode,抽5V/150mA的電。Display1會送出它的Source capabilities 5V/0.9A給Display2。

5.由於Display2需要20V/1.5A的電,所以Display2會送出mismatch的訊息給Display1,Display1   在收到mismatch的訊息後,便會發出Get Sink Capabilities的訊息給Display2,Display2會回應它需要20V/1.5A。

6. Display1轉頭跟Laptop要求20V/3A,在Laptop接受後,提供20V/3A給Display1,Display1再將20V/1.5A供給Display2。


Reference
1. USB_PD_R1_0 V1.3_Final Errata - 20140311  (USB.ORG)

11 則留言:

匿名 提到...

請問一下大大
最近剛開始工作 目前從事跟USB PD有關西的工作
很高興妳能分享USB PD 的規範 讓我上手很快
我想請問一下
為何cAC-Coupling能夠用來濾掉電源 0.0?
我所知道的是電感濾高頻 電容濾低頻
謝謝你 感恩不盡

Zheng Kevin 提到...

你好,我因為負責PD的產品,所以去study spec,再來想說把自已理解的東西寫在blog,一方面是想自已的思緒寫成文字,另一方面也許能幫助到正準備要學習TypeC PD的朋友。

cAC-Coupling是一個電容,電容就是用來濾掉直流的,所以經過電容,就可以讓直流被濾掉,只剩下高頻的FSK訊號通過。

匿名 提到...

請問一下Kevin~
1. 如果不加PD,CC pin會經由電流/電壓模式偵測供電端能力(TypeC),如果有PD就會直接由16 bits header去溝通供需能力(TypeA/B-Vbus,TypeC-CC pin),這兩種方式有觸發的先後順序嗎?
2. low power mode抽載5V/0.15A的動作模式是誰觸發的?

Zheng Kevin 提到...

你好,CC pin除了去偵測供電端能力,而且還要決定誰是DFP,誰是UFP。決定完,DFP供電給UFP,兩邊才開始用PD溝通。

2.請參考BC1.2 Spec,"1.7 Super speed considerations",0.15A就是USB 3.0的Iunit,而USB的Iunit是0.1A。當供電受電兩端是addached,但還未connected, device最大能抽的電流, 例如device在dead battery時。

K 提到...

Kevin大,不好意思,您是否也有對USB Power Delivery for USB Type C有寫網誌分享呢?我知也說明一下,TYPE C USB PD連接的經過???

Zheng Kevin 提到...

Hello,不知你是否有看過下面這個網誌
http://kevinzhengwork.blogspot.tw/2014/08/usb-type-c-configuration-channel-cc-pin.html 裡面有寫到Type-C PD連接的過程, 不知你對那個過程比較有問題?

K 提到...

我有看過那則網誌,
但那篇在type c PD連接過程,寫的很簡短,
USB PD的功能還需要有USB PD Phy chip來完成Protocol溝通,而Protocol信號是載在兩端連接的CC pin上。

因為專題要報告的關係,此篇的USB PD的一個應用範例,我覺得寫的很不錯,所以我想拿你那圖來說,但你那圖是指type a.b,不曉得type c,是否可以用此圖來說明?

Zheng Kevin 提到...

Hi K
下星期我會再寫一篇網誌,關於TypeC + PD的連接溝通流程。不過你可以先看PD與Type-C的spec,在USB PD協會網站可以下載。

K 提到...

因為我下週要報告了@@
可否能提早看到你寫的網誌啊~~拜託~><
還是是否能你的mail私下找你討論一下問題呢?

匿名 提到...

3.Display2接到Display1 後,由於Display1沒有多餘的供電能力,所以它會跟Laptop要求 20V/1.73A (34.6W),用來提供USB3需求的5V/0.9A(4.5W)。

這句話我不太了解,
Display1已經知道它己需要20V/1.5A了,為什麼它又會變跟laptop要 20V/1.73A (34.6W)? 20V/1.73A (34.6W)是什麼來啊? 然後這句「用來提供USB3需求的5V/0.9A(4.5W)」又是什麼意思啊?

如果Display1本身的能力也就是它只有20V/1.5A,它還有能力增加它自己身上的電?不會超出負荷嗎?

然後,所由的low power mode又是指什麼啊? 5V/0.15A是固定的嗎?

Zheng Kevin 提到...

Hi
Display1的電源來自Laptop,當Display2接到Display1,Display1就需要跟Laptop要求再增加電源供應。因為Display1是用USB3與Display2接,所以一開始需要供5V/900mA=4.5W,加上原來的20V/1.5A,就是34.5W了。USB3的VBUS電流定義是900MmA, USB2的VBUS電流則是500mA,USB Low power mode定義5V/0.15A,你可以在USB的SPEC找到這個規範。