TypeC充电方向小结

Posted 2023-03-09

参考技术A 网上看到有人提出一个问题，如果将两台手机的typec通过tpyec-typec cable相连，是否可以实现一台手机给另一台手机充电，充电方向是怎样的。

我自己试了一下，将两台typec手机（QC3.0快充协议）对插，确实可以实现一台给另一台充电，但是初始充电方向并不是由电量多少（电池电压）决定的，连续多次插拔typec，初始充电主从状态随机出现，之后可以通过系统内设置usb选项来自由切换充电主从。

查了很多博客和科技文章，感觉没有说的特别清楚的，最后去USB网站上把typec的spec拉下来一看，什么都写的清清楚楚。所以想要搞清楚一个问题，踏踏实实啃spec吧，别想着有人嚼碎了直接喂你。

直接贴引脚定义：

VBus ：总线电源，USB PD协议可配置电压，最大20V 5A

GND ：地线

TxRx ：Tx1 Rx1   Tx2 Rx2 两组数据传输信号，USB3.1标准

CC ：CC1和CC2，两个关键引脚，作用很多：

    探测连接，区分正反面，区分DFP和UFP，也就是主从（虽然typec支持正反插，但typec的点定义并不完全对称，比如Rx1，翻转插头再插入就是Rx2，所以需要系统识别插头的正反插情况，用来正确配置Tx和Rx的连接通讯，虽然定义里有CC1和CC2，但是线缆里只有一根cc线，正反插可以连接不同的引脚，通过读取上下拉电平，从而识别插头的方向）；

    配置Vbus，有USB Type-C和USB Power Delivery两种模式；

    配置Vconn，当线缆里有芯片的时候，一个cc传输信号，一个cc变成供电Vconn，用来给线缆里的芯片供电（3.3V或5V）；

    配置其他模式，如接音频配件时，DP，PCIe时；

D+D- ：用来兼容USB2.0协议的数据传输，音频复用时也是L R信号

SBU ：复用引脚，和usb协议本身关系不大，复用为其他端口时使用

接下来就是一开始提出的问题，两台手机用typec对插，是否能一台给另一台充电。

Type-C设备role分为host和device，对应充电过程中的source和sink。有三种形式：DFP（Downstream Facing Port）、UFP（Upstream Facing Port）和DRP（Dual Role port）。DFP只能做Source，CC线上拉电阻Rp；UFP只能做Sink，CC线下拉电阻Rd；DRP两者都能做，通过switch切换Rp Rd。比如一般充电器是DFP，U盘是UFP，手机是DRP。

所以，我们的问题就是，两个DRP端口相连，怎样分配role？

USB端口交互行为：

首先明确几个状态，是我自己的理解：

source角色在未连接时的状态Unattached.SRC，一旦检测到CC线连接下拉电阻，进入AttachWait.SRC状态，持续检测下拉电阻，经过tCCDebounce时间，然后进入正式source连接状态Attached.SRC，并打开Vbus和Vconn。

sink角色在未连接时的状态Unattached.SNK，一旦检测到CC线连接上拉电阻，进入AttachWait.SNK状态，经过tCCDebounce时间后，检测到了source打开的Vbus，之后进入正式sink连接状态Attached.SNK，

接下来是几种角色端口的交互行为。

Source 到 Sink ：

引用TypeC SPEC：

简单描述一下就是，source和sink通过typec连接后，source通过CC检测到sink的下拉电阻Rd，认为有sink连接，source打开VBUS和VCONN（在另一条CC上），双方建立连接，并且source可以通过调整上拉电阻Rp的大小来控制vRd的电压值，sink通过检测vRd的大小从而得知sink能从vbus上拉多大的电流。

Source 到 DRP

引用TypeC SPEC：

DRP在未建立连接前，会不断切换连接上下拉电阻Rp和Rd（具体切换细节在下面分解）。

source和DRP通过typec连接后，在DRP连接Rd时，source通过CC检测到Rd，之后打开VBUS和VCONN；DRP检测到source的Rp，之后等source打开Vbus后，确认转换为sink，并正式建立连接。

DRP 到 Sink

情况与上一种情况类似，不再赘述。

DRP 到 DRP

此种情况最为复杂，因为DRP也可以分为三种角色，普通DRP，DRP try source，DRP try sink，即有些DRP，在DRP之间的连接中，会有prefer的角色，比如笔记本和手机，肯定都是DRP，但是笔记本可能会设定为try source，因为笔记本毕竟电池容量比较大，如果将笔记本和手机相连，最好还是笔记本作为source给手机充电，而不要反过来，但是笔记本与墙插充电器相连时，笔记本肯定是sink。

在typec spec中，DRP和DRP相连的行为中，提到了3个case，case2和case3就是有一方DRP是try source或try sink的情况，这两种情况比较复杂，这里不展开了，有兴趣可以详细查阅，这里只给出case1，两个普通DRP之间相连的情况。

未正式建立连接时，两个DRP都在各自不断切换上下拉电阻，当有一时刻，DRP1是上拉电阻，DRP2是下拉电阻状态，然后接下来就和Source 到 Sink的情况是一样的。因为两个DRP状态是不断切换的，所以连接时刻的DRP各自的状态就决定了连接后的主从关系，当然如果某一时刻两个DRP都是上拉或下拉，那连接行为最终会失败，DRP重新进入不断切换状态等待连接。

那是否会有一种极端情况，两个DRP切换状态太同步了，一直是同上拉，同下拉，那这两个DRP是不是就一直不能连接了，这就涉及到了DRP切换周期的问题。

还是回溯到SPEC中：

可以看出，SPEC定义了DRP 切换source和sink的一个完整swap周期为tDRP，其中dcSRC.DRP为整个周期中DRP作为source的百分比。SPEC明确说明了，用于控制这个周期和百分比的时钟，不能来自于一个特别准确的时钟源如晶振或陶瓷晶振等，以此来最小化两个DRP在配对过程中出现无限失败的问题。而对于各周期的上下限也非常宽裕，所以实际情况下各DRP的周期会不尽相同，不会出现两个DRP切换周期一直同步而导致的配对过程无限fail的情况。

所以结论是，两个DRP连接结果是主从随机的，这也符合我一开始用两台手机试验的结果。

以上过程其实只是底层硬件上连接的一个初始化状态，正如我实际试验中所提到的，在初始充电状态确认之后，可以通过系统软件设置来切换充电的主从，两个手机也可以互相切换读取对方的文件，这个就涉及到了更上层软件的协议。

可以看到，通过PD协议可以切换充电的source/sink，可以切换数据的DFP和UFP，也可以切换由谁来提供线缆电压Vconn。由于软件层面的内容较多，目前阶段不再继续深入研究。

最后挖个坑等填，下一篇我想还是和手机充电相关，聊一聊目前最流行的两种快速充电协议，PD和QC。

参考引用资料：

USB Type-C Specification Release 1.3

两台TYPE-C手机连接可以互相充电吗，怎么实现？

USB Type-C 如何决定充电方向？

一次失败的USB Type C告白

细谈USB Type-C