Type C的CC信号识别应用
一、Type C口的功能介绍
目前市面上最主流的充电和数据传输接口就是type C接口，该接口标准是有24个pin，正反插各占12个pin，中心对称设计，可以识别正反插，PD充电最高可以支持到100W—120W，USB传输最高可以支持到USB3.1；
Type C的CC信号识别应用

二、Type C口CC检测识别介绍
2.1.1 CC识别检测
先介绍插入识别的概念
DFP—Downstream Facing Port，通常指主设备，Host端。
UFP—Upstream Facing Port,通常指从设备，Device端。
DRP—Dual Role Port,通常指手机，即可以是主设备又可以是从设备。
在建立连接之前，DRP的角色在DFP和UPF之间切换。如果两个DRP连接，最先随机到哪种角色后，开始建立连接，之后可以通过USB协议协商进行动态主从角色切换。
2.1.2 为什么要进行CC的检测
虽然USB Type-C插座和插头的两排管脚对称，USB数据信号都有两组重复的通道，但主控芯片通常只有一组TX/RX和D+/-通道（某些芯片有两组TX/RX和D+/-通道）。

由于USB2.0的数据率最高只有480Mbps, 可以不考虑信号走线的阻抗连续性，USB2.0的D+/-信号可以不被MUX控制而直接从主控芯片走线，然后一分二连接至USB Type-C插座的两组D+/-管脚上。

但USB3.0或者USB3.1的数据率高达5Gbps或者10Gbps，如果信号线还是被简单地一分二的话，不连续的信号线阻抗将严重破坏数据传输质量，因此必须由MUX切换来保证信号路径阻抗的一致性，以确保信号传输质量。

下图一中右侧所示的MUX从TX1/RX1和TX2/RX2中选择一路连接至主控芯片，而这个MUX就必须被CC管脚控制，实现主从设备切换时的数据传输方向，也就是当主从角色转换时，需要CC脚来控制。

在USB2.0应用中，无需考虑CC方向检测问题，但USB3.0或者USB3.1应用中，必须考虑CC方向检测问题。

对于UFP，比如U盘，移动硬盘内部不需要CC逻辑检测，因为它只有上行的角色，只有一对USB2.0或USB3.0信号，如下图

2.1.3 CC的检测原理
2.1.3.1 CC是否翻转的原理
Type C 的线缆中CC信号有两根线，CC1和CC2，大部分USB线（不带芯片的线缆）里面只有一根CC线，DFP可根据两根CC线上的电压，判断是否已经插入设备。通过判断哪根CC线上有下拉电阻来判断方向，下图3的说明已经非常清晰。也就是：
如果CC1引脚检测到有效的Rp/Rd连接（对应的电压），则认为电缆连接未翻转。
如果CC2引脚检测到有效的Rp/Rd连接（对应的电压），则认为电缆连接已翻转。

“有效的Rp/Rd连接”指在CC上形成了有效的电压。
从DFP的角度看，下图4列出了所有可能的连接状态：

2.1.3.1 DFP的上拉电阻Rp与UFP的Rd以及数据线上的Ra
DFP的CC1和CC2信号上都必须有上拉电阻Rp，上拉到5V或3.3V;或者CC1和CC2都用电流源上拉。最终的目的是在插入后，能检测到CC1或CC2上的电压，进而判断是否翻转以及DFP的电流能力。如下图5是所有可能的配置。可以选择右边三列中的任何一列作为上拉方式，比如Fairchild的FUSB300就是用330uA上拉，TI的TUSB320LAI用的是80uA的上拉，不同的上拉方式在CC引脚上形成的电压不同，不同的电压对应不同的电流能力。

UFP的CC1和CC2管脚都要有一个下拉电阻Rd到GND（或者使用电压钳位）。Rd的处理方式如下图6，这个表的最后一列是电流源连接至的电压，结合上图5我们可以算出图7的电压和电流对应关系。


CC检测芯片会检测这个电压，通过判断电压范围来决定下一步操作。下图8是CC管脚上不同的电压对应的DFP能提供的电流能力。第二列列出的每一种电压范围，都分别覆盖了上图计算出的电压。Rp/Ra的计算是同理的。

数据线上的Ra:
带电子标签的线缆，其中一个CC管脚被更名为VCONN，用于给电子标签芯片供电。这个VCONN管脚与GND之间需要一个Ra电阻，这个电阻值范围是800Ω~1.2KΩ。

2.1.3.2 Vconn电源
VCONN的允许范围是4.75V~5.5V，要求供电能力是1W。默认情况下DFP提供这个电源。如果两个DRP连接，则双方可以通过USB PD协议协商来交换VCONN供电方。
支持PD的USB3.0接口均需支持VCONN，可以通过下面两种方式之一提供VCONN电源。

1、如果其中一个CC引脚上检测到有效的Rp/Rd连接，则VCONN电源可以接到另一个对应的CC引脚。
2、如果其中一个CC引脚上检测到有效的Rp/Rd连接，先检查另一个CC引脚是否也有Rp/Ra连接，然后再提供VCONN。
3、先检测是否有Ra存在，如果有说明需要Vconn供电，此时再提供Vconn。检测过程不需要Vconn存在。
注意，每一个CC引脚内部都有一个开关，轮训CC和VCONN功能，下图9是一个典型的连接方式：

CC内部电压和电流框图示意图10：

手机是即可以做DFP，又可以做UFP，可以来回切换。DRP在待机模式下每50ms在DFP和UFP间切换一次，这种设备的CC1和CC2端在互连以前处于高低电平交替变换的状态，一旦连接发生，两者的CC端都会发生改变，如下图11所示，手机在通常没有连接外设的情况下CC信号是在不断的toggle,当两个设备的线缆插入后，会分配主从设备关系。

两个手机在连接过程中，主从设备可以发生转换，比如上图中的主从设备发生角色转换的波形就如下图12，该过程只需要前面主从设备任何一方发出角色转换的请求即可实现。

2.2.1 PD充电时CC识别检测原理
当电缆接通之后，PD协议的SOP（Start of Packet）通信就开始在CC线上进行，以此来选择电源传输的规格，此部分由Sink端向Source端询问能够提供的电源配置参数（5V/9V/12V/15V/20V）。如下波形为SINK 控制器申请一个9V电压输出的例子。

具体流程如下：
A. SINK端发起SOP，申请获取Source能提供的规格资料
B. Source回复能提供的规格列表
C. SINK回复选择的电压规格，并带上所需要的电流参数，并发出相应的请求
D. Source接受请求，并且把VBUS由5V抬升到9V
E. 在电压变化期间，SINK的电流会保持尽可能小，Source端VBUS到达9V并稳定之后，会发出Ready信号
F. SINK端电流逐步抬升，若SINK需要降低电压，会重复以上过程
需要注意的是，在电压下降期间，Source为了让电压快速降低，Source会打开放电电路，达到额定值之后，Source会等待一段时间，电压稳定之后再发出Ready信号给SINK。这种沟通方式的好处就是能确保任何电源的变化都能在SINK和SOURCE的规格范围内，避免出现不可控情况。PD协议的通信编码为Bi-phase Mark Coded (BMC)，通过CC脚进行通信，如下图14。

2.2.2 BMC码介绍
BMC码是一种单线通信编码，数据1的传输，需要有一次高/低电平之间的切换过程，而0的传输则是固定的高电平或者低电平。每一个数据包都包含有0/1交替的前置码，起始码（SOP），报文头，数据位，CRC以及结束码（EOP），如图15.

下图16展示的是一次要求总线电压升高的PD通讯的波形从密集至展开的样子，从最后展开的波形中可以看出前置码的序列。

BMC通讯数据可以用USB PD解码器进行解码，Ellisys的EX350分析仪就是这样的设备。有了这种工具以后，PD通讯的数据就可以被捕获下来并显示出每个数据包的意义，其中含有与时间相关的数据如总线电压值、CC线上的波形等，参见下图17.

三、总结
本文介绍了CC信号在PD识以及DRP通信时的识别信息。2017年2月，USB-IF组织发布了USB-PD 3.0标准的重要更新，即在USB-PD 3.0标准的基础上增加了可编程电源PPS(Programmable Power Supply)，旨在为当今的快速充电解决方案提供统一的规范。目前其已经实现对高通QC 3.0/4.0、联发科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、华为SuperCharge等标准的收录，意味着可以完美支持这四种快充方案。USB组织甚至已经与中国工信部的泰尔实验室达成了共识，未来将与国标实现统一标准，期待小米也可以很快有自己的快充协议。下一期文章介绍PPS。