前面我们介绍了USB-PD快充的发展历史，今天这篇文章我们就来了解一下USB-PD快充的工作原理。

在了解USB-PD快充原理之前，我们需要针对Type-C这个接口做一个简单介绍。

一、Type-C简介及历史

自1998年以来，USB发布至今，USB已经走过20个年头有余。在这20年间，USB-IF组织发布N种接口状态，包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等接口形态，由于各家产品的喜好不同，不同产品使用不同类型的插座，因此悲剧来了，我们也要常备N种不明用途的接口转接线材。

 USB协议发布时间节点

2013年1月7日，USB3.0推广组织在美国消费电子展上宣布，第一批传输速率达到10GB/s的设备将于2014年面市，此类产品的USB接口采用USB3.1的标准，即Type-C接口。Type-C接口插座端的尺寸约为8.3mmX2.5m纤薄设计；支持从正、反两面均可插入的“正反插”功能，可承受1万次反复插拔；配备 Type-C连接器的标准规格连接线可通过3A的电流，如果使用的是带了E-Marker的线缆，则可以提供最大达100W的功率。

Type-C插座（母座）端引脚图示

Type-C插头（公头）端引脚图示

由上图可以看到TYPE-C的接口引脚图，每个引脚都有不同作用

 1）中心点对称因此支持正反插。

2）TX/RX：两组差分信号，用于数据传输。

 3）CC1/CC2：两个关键引脚，作用很多

      探测连接，用于判断插入方向，翻转数据链路

配置Vbus，有USB Type-c和USB Power Delivery模式

配置Vconn，当线缆内有芯片时，一个CC传输信号，一个CC变成供电Vconn（实际上在不含芯片的线缆里只有一根CC线。含芯片的线缆也不是两根CC线，而是一根CC，一根Vconn，用来给线缆里的芯片供电(3.3V或5V)）.

配置其他模式，音频配件等

4）GND和VBus，各4个，因此传输功率强

5）D+和D-是来兼容USB之前的标准的

      与前几代传统接口相比，Type-C能够更先进的同时支持充电、数据传输、影像传输等功能，真正实现“一口多用”的强大用途。

2021年9月，USB-IF组织发布了最新的USB Type-C接口和线缆V2.1版本标准协议，供电能力从100W提升到了240W。

二、USB-PD的充电原理

USB-PD通信通过VBUS上交流耦合的FSK信号的调制（24MHz）进行半双工通信，从而实现手机和充电器的充电过程。

USB-PD通信电缆

      SOURCE端和SINK端分别代表适配器端和手机内部芯片SINK控制器，从USB通信传输角度可以理解为USBHOST（主设备）和USBOTG（做从设备）。

      当电缆接通之后，USB-PD协议的SOP通信就开始在CC线（type-C接口通信配置通道）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）。

USB-PD协议的Type-C系统充电原理框图

以手机端和适配器的9V充电为例，整体过程如下：

USBOTG端（从设备：适配器端）监控VBUS上电压状态，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTG的ID脚是1K下拉电阻则说明该电缆支持USBPD通信，此时通信过程开始。

      SINK端发起SOP（起始段），启动SOURSE端USBPD设备管理器，申请获取SOURSE端能提供的规格资料；

      SOURCE端回复能提供的规格列表，即根据USBPD规范解析该消息得出适配器所支持的所有电压和电流列表对；

      SINK端回复选择的电压规格，即选择一个电压和电流对，并带上所需要的电流参数，发出相应的请求；

      SOURSE端适配器内部解码转换后接受请求，调整适配器输出，把VBUS线缆上由5V抬升到9V；

      手机收到消息后，SINK端会调整充电电压和电流，待SOURSE端的VBUS线缆到达9V并达到稳定进行充电。

PD通信波形电平变化

总结：USB-PD协议的工作原理简单的说就是利用Type-C接口的CC线作为数据线来协商电压、电流以及供电方向，整个通信过程需要按照特定的数据包格式，并且存在相互认证的过程。

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