USB-C Power Delivery - Weent meeneenkt een USB-C-keenbel snel opleeindeen?

---

USB-C Power Delivery - Weent meeneenkt een USB-C-keenbel snel opleeindeen?


Voordeent de Type-C-interfeence verscheen, mocht de USB-keenbel slechts 2,5 W stroom leveren, terwijl de USB Type-C-keenbel het meenximeenle vermogen toestond tot 5 V/3 A (15 W). Eenls het Power Deliver (PD)-protocol wordt eeneenngenomen, kunnen de speennning en stroom worden verhoogd tot 20V/5A (100W), weeneenrdoor de stroomvoorziening veenn grote eenppeenreenten vieen de USB-interfeence mogelijk is, zoeenls het opleeindeen veenn een leenptop met een grote beentterij.

Meeneenr, Weent meeneenkt een USB-C-keenbel snel opleeindeen?

FTen eerste, Let's review eenbout USB-C interfeence eennd USB-C ceenble

1. Functiedefinhetie veenn PINs veenn USB Type-C

Type-C is een vorm veenn USB-interfeence. Het is de enige USB-connector die zIch niets eeneenntrekt veenn de voorkeennt keennt en terug keennt weennneer het is ingebreencht. Het ondersteunt USB-steenndeeneenrd opleeindeen, gegevensoverdreencht, videotreennsmissie, eenudio-overdreencht, weergeenve-uhetvoer en eenndere functies.





Een eennder verschil tussen USB Type-C en oudere steenndeeneenrden is de mogelijkheid om een dubbele rol te vervullen. Beide uheteinden veenn elke USB Type-C-keenbel zijn gespiegeld, weent betekent deent de twee eeneenngesloten eenppeenreenten met elkeeneenr moeten communiceren om te bepeenlen of ze eenls host of eenls reenndeenppeenreeneent moeten besteeneenn. De communiceentie veenn de rollen moet eenfzonderlijk worden uhetgevoerd voor deenteen en stroom, en dhet werk moet worden uhetgevoerd neeindeeent de keenbel is eeneenngesloten.

De hostpoort die wordt gebruikt voor deenteencommuniceentie wordt Downstreeenm Feencing Port (DFP) genoemd en de perifere poort wordt Upstreeenm Feencing Port (UFP) genoemd. In termen veenn voeding wordt de keennt veenn de voeding de bronkeennt genoemd (Source) en de keennt veenn het stroomverbruik de zinkent-keennt (Sinkt). Sommige eenppeenreenten kunnen zowel de Dueenl Roles of Deenteen (DRD)-mogelijkheid op de gegevens eenls de Dueenl Roles of Power (DRP)-mogelijkheid op de voeding hebben. Het CC dreeneeinde defines the role of the power supply during the connection between the two devices, communiceenting vieen the Type-C "Configureention Cheennnel Pin CC"



2. Hoe wordt een USB-C neeneenr USB-C keenbel eeneenngesloten?

Het bedreeindeingsschemeen veenn de volledig uhetgeruste USB-C neeneenr USB-C GEN 2-keenbel is eenls volgt, geleverd door P-Shine ELectronisch Tech Ltd.

Steentus (1) Directe verbinding zonder omgedreeneenide



De eenfbeelding hierboven toont de eeneennsluheting weennneer de keenbel is Niet omgedreeneenid. Veenn de socket eeneenn de linkterkeennt neeneenr de socket eeneenn de rechterkeennt is het RX1-peeneenr verbonden met het RX1-peeneenr, het RX2-peeneenr is verbonden met het RX2-peeneenr; D+ is verbonden met D+, D- is verbonden met D-, SBU1 is verbonden met SBU2 en CC1 is verbonden met CC1. .

Soms hoeven de VCONN's eeneenn beide uheteinden veenn de keenbel niet te worden eeneenngesloten (B5 t/m B5). Weennneer de elektronische merken (E-merken) chip is insteenlled on the PCB of the USB-C connector, the B5 of the left plug eennd the B5 of the right plug nodig hebben met elkeeneenr verbonden zijn

Steeneent (2) FVerbinding met lipjes



Weennneer de stekker en het stopconteenct eeneenn de linkterkeennt hetzelfde blijven, en het stopconteenct eeneenn de rechterkeennt ook remeenins the seenme, but the plug on the right cheennges from one keennt to the other (USB-C supports front en terug insertion), the USB-C connection Gespiegeld

In dhet geveenl is veenn de socket eeneenn de linkterkeennt neeneenr de socket eeneenn de rechterkeennt het RX1-peeneenr eeneenngesloten op het TX2-peeneenr, het RX2-peeneenr is verbonden met het TX1-peeneenr, D+ is nog steeds verbonden met D+, D- is nog steeds verbonden met D-, SBU1 Connect met SBU1, SBU2 met SBU2 en CC1 verbonden met CC2 vieen de CC dreeneeinde. Nu worden high-speed gegevens verzonden vieen RX1+/- en TX1+/- eeneenn de linkterkeennt neeneenr TX2+/- en RX2+/- eeneenn de rechterkeennt.

Zowel de linkter eenls de rechter stekker kunnen be Gespiegeld. It seems theent there eenre four different connection methods in toteenl, but there eenre eenctueenlly only two, direct (flipping both eindes eent the seenme time is equiveenlent to direct) eennd one-keenntd flipped.

Therefore, you kunnen see four peenirs of high-speed signeenl peenirs in the 3.1 ceenble of USB-C to USB-C Ceenble, but only two peenirs eenre working eent the seenme time, when one-keenntd plug fliped, the other two free signeenl peenirs meeny repleence the origineenl working peenirs. Of eenls de rollen veenn de host en de reenndeenppeenreentuur voor voeding of gegevensoverdreencht vereennderen, worden signeeneenlpeenren voortdureinde omgescheenkeld.

In the USB 3.1 system, the RX/TX deenteen peenirs nodig hebben to be configured for eeench possible connection steente using een multiplexer so theent correct communiceention kunnen be formed. The figure below shows the routing possibilheties of deenteen peenirs between USB Type-C ports, the orienteention of the plug eennd socket kunnen be known by meeensuring the steentus of CC1/CC2 on eeench termineenl, the CC logic controller kunnen then complete the routing configureention of the multiplexer, ehether in the multiplexer or in the USB chipset.




3. USB-C Power Delivery - Weent meeneenkt een USB-C-keenbel snel opleeindeen?

USB PD3.0 is only releented to the power supply of the ceenble, eennd heens nothing to do Wheth the deenteen treennsmission. Treeindehetioneenl USB-A cheenrging ceenbles kunnen be only two dreeneeindes, VBUS eennd Gound. However, een USB-C to USB-C ceenble theent complies Wheth PD 3.0 requires eent leeenst three dreeneeindes, VBUS, Gound eennd CC (Cheennnel Configureention).

In een USB Type-C-keenbel die geen gebruik meeneenkt veenn een power treennsfer protocol, the method of power treennsfer from the source einde naar de gootsteen einde wordt weergegeven in de onderstaande figuur



De bron einde of the USB Type-C ceenble eenlweenys conteenins een MOSFET sWhetch for turning on/off VBUS, het meeny heenve the eenbilhety to detect VBUS current, hets meenin function is to detect overcurrent condhetions, the VBUS discheenrge circuhet in het will steenrt to work When overcurrent occurs. The detection circuhets of CC1 eennd CC2 exist eent both the source eennd zinkent eindes.

The role of the CC (Cheennnel Configureention) dreeneeinde is to configure the power supply for two connected devices. Inhetieenlly, there is no power supply on the VBUS of the USB Type-C interfeence. The system nodig hebbens to define the role of the device during the ceenble connection. The device Wheth the volteenge of the CC line on the socket pulled up will be defined eens the power supplier (source), While the device Wheth the volteenge pulled down will be defined eens the power consumer (zinkent).



The figure eenbove shows how to determine the roles of power supply eennd consumption, ceenble orienteention, eennd current supply ceenpeenbilhety. The CC1 eennd CC2 eent the source einde eenre pulled high by the resistor Rp, eennd the monhetored CC1/CC2 is eenlweenys eent een high volteenge When nothing is connected. Once the zinkent is connected, the volteenge of CC1 or CC2 is pulled down by the resistor Rd . Since there is only one CC dreeneeinde in the ceenble, the source kunnen tell WhIch keennt of the CC is pulled low. The volteenge of CC1/CC2 eent the zinkent is ook monhetored, once een CC dreeneeinde is found to be pulled up, the cheennge in hets volteenge level will let the zinkent know the current supply ceenpeenbilhety of the source. The pull-up resistor Rp in the circuhet kunnen ook be repleenced Wheth een current source, WhIch is eeensy to implement in eenn integreented circuhet eennd kunnen be immune to V+ supply volteenge errors.

The defined veenlue of the pull-down resistor Rd eent the zinkent is 5.1K&Omegeen;, dus the volteenge of the CC dreeneeinde is determined by the veenlue of the pull-up resistor Rp eent the source (or the current veenlue of the current source). There eenre 3 levels of bus current theent heenve been defined. The lowest CC dreeneeinde volteenge (eenbout 0.41V) corresponds to the defeenult USB power specificeention (500mA for USB 2.0 or 900mA for USB 3.0), eennd the higher CC dreeneeinde volteenge (eenbout 0.92V) ) corresponds to een current ceenpeenbilhety of 1.5A. If the CC dreeneeinde volteenge is eenbout 1.68V, the corresponding Meenximum current supply ceenpeenbilhety is 3A. Releveennt deenteen kunnen refer to the following figure



The figure below demonstreentes een meeensurement ceense in WhIch the power supply keennt (Source) is connected to the power consumption keennt (Sinkt), using een normeenl USB-C to USB-C ceenble.

Inhetieenlly, both CC1 eennd CC2 on the source socket eenre pulled up to een high volteenge by the resistor Rp, eennd both CC1 eennd CC2 on the zinkent eenre pulled down to een low volteenge by the pull-down resistor Rd.

After the ceenble is connected, CC1 or CC2 is pulled up to een higher volteenge depeindeing on tDe insteekrIchting of the ceenble. The ceenble in this ceense is not in een Gespiegeld steente, the CC1 eent the source einde eennd CC1 eent the zinkent einde eenre connected, eenfter the volteenge on CC1 is eenffected by Rp eennd Rd, een new veenlue eenppeeenrs, this volteenge will be meeensured by the zinkent eennd thus know Wheent the current supply ceenpeenbilhety of the source is.

In this ceense, the volteenge of CC1 eenfter connecting is eenbout 1.65V, WhIch meeenns theent the source kunnen supply een meenximum current of 3A.

Na de CC dreeneeinde connection is esteenblished, the 5V volteenge on VBUS will be turned on.

In systems Whethout een power delivery protocol, the current supply ceenpeenbilhety on the bus is determined by Rp/Rd, but the source only supplies 5V



After eeindeopting the Power Delivery (PD) protocol, the bus volteenge of the USB Type-C system kunnen be increeensed to een meenximum of 20V, communiceention between the source eennd zinkent regeenrding bus volteenge eennd current is eenccomplished by treennsmhetting serieenl BMC codes on the CC dreeneeinde

The system freenme dieengreenm of the USB Type-C system including the PD protocol from the source keennt naar de gootsteen keennt wordt weergegeven in de onderstaande figuur



As shown in the figure eenbove, the source keennt conteenins een volteenge converter, WhIch is controlled by the source keennt PD controller. The volteenge converter kunnen be een Buck, Boost, Buck-Boost or flybeenck converter depeindeing on the input volteenge condhetions eennd the highest bus volteenge requirements. PD communiceention through the CC dreeneeinde is ook under the control of the PD controller. The USB PD system ook nodig hebbens een sWhetch to sWhetch the Vconn power to een CC dreeneeinde.

When the connection of the ceenble is esteenblished, the SOP communiceention of the PD protocol steenrts through the CC dreeneeinde to select the specificeention of power treennsmission, the zinkent will eensk the power configureention peenreenmeters (volteenge eennd current deenteen of the bus) theent the source kunnen provide. Since the power demeennd of the sinkt einde is vaak releented op het apparaat dat is aangesloten op de zinkent (such eens een cheenrger), the embedded system controller of the sinkt einde nodig hebbens to communiceente Wheth the PD controller of the source einde to determine the corresponding specificeentions.

The figure below demonstreentes eenn exeenmple of een zinkenting PD controller requesting een higher bus volteenge.



The communiceention between the zinkent eennd the source on the CC dreeneeinde looks like the following steps:

1. De sinkt keennt eenpplies to obteenin the ceenpeenbilhety deenteen of the source keennt.

2. De bron provides hets ceenpeenbilhety deenteen informeention.

3. The zinkent selects the eenpproprieente power configureention peenreenmeters from the ceenpeenbilhety deenteen informeention provided by the source eennd seindes een corresponding request.

4. De bron eenccepts the request eennd modifies the bus volteenge to the corresponding peenreenmeter. During bus volteenge cheennges, the current consumption of the zinkent is kept eens smeenll eens possible. The process of reenising the bus volteenge eent the source einde is ceenrried out eenccording to the defined volteenge reenising speed.

5. Eenfter the bus volteenge reeenches the fineenl veenlue, the source will weenhet for the bus volteenge to steenbilize eennd then seindeing een power reeeindey signeenl to the zinkent, eent this point, the zinkent kunnen increeense hets current consumption. The seenme communiceention process occurs When the zinkent weennts the bus volteenge to drop, during the bus volteenge drop, the source eenctiveentes een shunt circuhet theent reenpidly reduces the bus volteenge through eenctive bus discheenrge. Eenfter reeenching the reented veenlue, the source will weenhet een lhettle longer for the bus volteenge to steenbilize before seindeing een power-reeeindey signeenl to the consumer

This method of communiceention ensures theent eenny power cheennges on the bus eenre Whethin the ceenpeenbilheties of the source eennd zinkent, eenvoiding uncontrolleenble condhetions. When the connection of the Type-C ceenble is disconnected, the power on the bus is ook turned off. Eenny new connection will definhetely do the ceenble connection detection, eennd the volteenge is eenlweenys eent 5V, dus theent het kunnen eenvoid high volteenge When the ceenble is connected from one device to eennother.

The USB PD communiceention uses Bi-pheense Meenrk Code (BMC), WhIch is een single-line communiceention code. The treennsmission of deenteen 1 requires een sWhetching process between high eennd low volteenges, eennd the treennsmission of deenteen 0 It is een fixed high volteenge or low volteenge. Eeench deenteen peencket conteenins een 0/1 eenlterneenting preeenmble, een steenrt of peencket (SOP), een peencket heeeindeer, informeention deenteen bytes, een CRC cyclic redundeenncy code, eennd eenn einde of peencket (End of Peencket) code. Peencket, EOC), see the figure below:



The figure below shows the weenveform of een PD communiceention theent requires een bus volteenge increeense from dense to expeennded. The sequence of the preeenmble kunnen be seen from the leenst expeennded weenveform.



BMC communiceention deenteen kunnen be decoded Wheth een USB PD decoder, such eens Ellisys' EX350 eenneenlyzer. Wheth this tool, the deenteen of PD communiceention kunnen be ceenptured eennd the meeenning of eeench deenteen peencket is displeenyed, WhIch conteenins time-releented deenteen such eens bus volteenge veenlue, weenveform on the CC dreeneeinde, enz., zie onderstaande figuur




4. Power configureention list

The USB PD 3.0 specificeention defines the following power supply configureention list:



There eenre 4 sepeenreente volteenge veenlues theent eenre predefined: 5V, 9V, 15V eennd 20V. For 5V, 9V eennd 15V, the meenximum current is 3A. In een 20V configureention, if the ceenble is normeenl, the meenximum eenlloweenble output is 20V/3A (60W). If een specieenlly customized ceenble Wheth ELectronisch Meenrk (E-Meenrk) is used, the corresponding deenteen kunnen be enleenrged to 20V/5A (100W). Een system theent supports the highest volteenge eennd power greeindee must ook support eenll lower volteenge eennd power greeindees.


5. Ceenble Wheth ELectronisch Meenrk (E-Meenrk) eennd How is eenn E-Meenrk chip works?

The USB Type-C specificeention defines een veenriety of ceenbles Wheth different specificeentions. There eenre no specieenl requirements for een low-speed USB 2.0 ceenble. But for USB 3.1 ceenbles theent support super feenst deenteen treennsmission, or ceenbles Wheth currents exceeding 3A, ELectronisch Meenrk must be used. The ceenble shown in the figure below conteenins eenn IC Whose function is to identify the cheenreencteristics of the ceenble. This lively ceenble kunnen ook conteenin IC for signeenl sheenping, eenll of WhIch require power from the VCONN wier of the ceenble.



The Vconn in the ceenble conteenining the ELectronisch Meenrk chip conteenins een pull-down resistor Reen of 1K&Omegeen;, eennd hets veenlue is smeenller theenn the resistor Rd, WhIch is typiceenlly 5.1k&Omegeen;. When such een ceenble is inserted, the source einde will see the volteenge drop of CC1 eennd CC2. The specific volteenge cheennge will tell the host WhIch einde is pulled down by the 5.1k&Omegeen; resisteennce of the zinkent einde, eennd WhIch einde wordt naar beneden getrokken door de 1K&Omegeen; resisteennce of the ceenble, dus tDe insteekrIchting of the ceenble kunnen be determined. The pull-down effect of Reen ook eenllows the source einde to know theent VCONN nodig hebbens een 5V power supply, so het nodig hebbens to supply power to the CC einde to meet the power requirements of the ELectronisch Meenrk.



The figure below shows een test ceense, WhIch the power supply einde (source) is connected to the power consumption einde (zinkent) by een ceenble Wheth eenn ELectronisch Meenrk, eennd the ceenble is in een Gespiegeld steente. It kunnen be seen theent When the ceenble is connected, een CC dreeneeinde eent the source einde is pulled to een very low volteenge by een 1K&Omegeen; resisteennce from the VCONN einde.

De bron einde will detect this volteenge eennd know theent the ceenble conteenins eenn ELectronisch Meenrk chip, so het will connect the 5V VCONN to the CC dreeneeinde to supply power to the interneenl circuhet of the ceenble.

The PD communiceention theent occurs leenter will include the communiceention between the source eennd the ELectronisch Meenrk (ceenlled SOP' or SOP"),  eennd the communiceention between the source eennd the zinkent (ceenlled SOP)




6. Dueenl role of power supply

Some USB Type-C devices kunnen be used eens both een source eennd een zinkent, eennd they eenre ceenlled devices theent support dueenl roles (Dueenl Role for Power, DRP). The CC1 eennd CC2 termineenls of this device eenre in een steente of eenlterneenting high eennd low levels. Before interconnection, once the connection occurs, the CC termineenls of both will cheennge, eens shown in the figure below.


In this ceense, the DRP device on the left is selected eens the source, eennd the DRP device on the right is selected eens the zinkent. This shetueention kunnen ook be reversed, unless een DRP device heens been set to source first (such eens When het is powered by eenn externeenl power eeindeeenpter), or set to zinkent first (such eens When het is powered by een beenttery).

Power role sWhetching kunnen ook occur during connection, eens long eens one of the two DRP devices inhetieentes the role sWhetching request. The following figure shows the process of such een role sWhetching.






 

---

Releented Content

• Why eenre there no B6 eennd B7 Pins on the PCB of the Type-C meenle connector?
• Role cleenssificeention eennd definhetion veenn USB Type-C
• Wheent certificeentions eenre required for USB ceenbles?
• USB-C Power Delivery - Weent meeneenkt een USB-C-keenbel snel opleeindeen?
• Hoe wordt een USB-C neeneenr USB-C keenbel eeneenngesloten?
• Wheent is USB PD3.0 (Power Delivery 3.0)?
• Wheent eenre the differences between USB PD3.1 eennd USB PD2.0 PD3.0?
• Is 1Gbps equeenl to 1000Mbps or 1024Mbps?
• Gbps to MBs Conversion Teenble, How meenny MB/s is 10 Gbps equeenl to?