作者：HywelStar

Hi, 大家好！根据前几章内容对USB，还有Type-C 都有了一定认识，本章节将对USB PD协议交互进行一个简单分析，本章节将可以获取或解决以下问题：

认识当前Type-C PD 协议版本和演变；
PD充电过程中，Source是如何确定输出哪个电压？
PD充电如何知道充满了，停止工作？
E-Marker是什么东西？作用是什么？

1. USB PD 版本

USB PD 协议从早期的USB 2.0 接口出现的BC 1.0 版本，5V 500mA，后来又出现了不同电压，最高电流5A，这样PD1.0 出现了。

PD2.0 : 在PD 1.0 基础上添加了不同规格的电压与电流，VBUS 电压可以是5V、9V、12V、15V和20V。另外还添加了对电池信息的共享，设备可以查看电池状态，并根据需要调整充电参数。

PD 3.0 : PD3.0 在PD2.0 上添加了PPS（programmable power supply）功能，添加更多的电池信息，PD通信进行设备的软件件版本识别功能，另外还有认证。加入认证的设备都能够安全有效地使用快充功能。

PD3.1 :PD 3.1 最大的变化可以提供240W 的功率，电压高达48V，这样对于很使用于电动自行车，电动园艺和激光打印设备充电。电源方向不再固定，以允许产品（外围设备或主机）提供电源。新规范还优化了不同外设的电源管理。

PD 3.2 :关于PD 3.2 的芯片还没有找到，虽然协议是在2023年已经发布。PD 3.2 大致是对电压调整更加精细，调节梯度更小，对电池损耗也会更小。

截止2024-8-8 最新的PD 版本为3.2 ，可以通过USB-IF官网查看相关文档，关于协议文档大概有1000多页，

地址：https://www.usb.org/document-library/usb-power-delivery

目前3.2 修改日志如图：

https://www.powerelectronicsnews.com/understanding-usb-power-delivery-3-2/

比较各个版本差异：

这里插入当前一些PD3.1 认证芯片

2. PD 协议介绍

2.1 E-Marker

E-marker芯片则是用于电缆认证，确保数据传输和电源供应的兼容性和安全性。PD协议芯片通过动态调整供电设备和接收设备之间的电压和电流，从而实现快速充电、提升能效，而E-marker芯片则存储着电缆的重要信息，如电缆长度、制造商信息、最大承载电流等，它通过与设备沟通这些信息，以保证电缆兼容和使用安全。

那么有数据线是不存在E-Marker, 首先就是传输速率影响，速率到达不了高速率。一般来说添加了E-marker芯片通过认证的，实际使用中主要在于显示器之间传递视频和音频信号，实现高速数据交互。

在一个数据线上，可以是有两个或者一颗E-marker芯片，也就是看到的“一线双芯”，在对于这种高速传输的数据线当中，往往会比较短，想要达到USB4 Gen3 需要小于0.8M。

举例：

苹果240W USB-C 数据线内部是含有E-marker芯片，采用英飞凌CYPD2803A1-09FNXI，支持雷电4。

2.2 PD 协议编码

明确点：PD 协议的传输是通过CC 脚一根线进行传输，一般为300kps

上图为层间分布，重点看Physical Layer, Policy Engine

PD 信号传输层：

PD 信号的编码规则是采用BMC 规则，原始的数据位为0，则信号保持不变（以300kps来计算为3.33us），如果原始的数据位为1，则信号进行位翻转。

PD 信号数据链路层：

4b5b编码是一种用于数据传输的编码方法。在这种编码方法中，每4位二进制数据（4-bit）被映射为5位二进制编码（5-bit）。4b5b编码的主要目的是增加数据流中的转换数量，从而确保时钟恢复和数据同步。这种编码方法通常用于网络通信，例如以太网。

2.3 PD 协议消息格式

PD 定义了三种消息类型，

控制消息（Control Messages）

关于控制消息的类型有：GoodCRC, Accept, Reject, PS_RDY, Get_Sink_Cap

数据消息（Data Messages ）

关于数据消息类型：POD信息，Request消息, VDM 厂商自定义

扩展消息(Extend Messages)

扩展消息包含一些源和电池状态信息，还有一些固件更新，安全，自定义厂家信息等，这里可能对于一些厂家会加一些奇奇怪怪的东西。

以上协议格式在PD 3.0 , 在最新的PD3.2 协议上会有新增很多类型。

3. PD 协议的交互

以下一个充电器给设备充电：

交互步骤：

Type-C 接入识别到Sink 端，确认身份，一端为供电方，一端为耗电方；
Source 发送Source_Cap 消息，里面包含供电能力数据信息；
Sink 发送 Request信息，会选择一个供电数据返回；
Source 将会返回Accept/ Reject 信息；
Source 之前如果接受这个请求，在这里将发送PS_Ready 信息；

整个过程来说不复杂，但是在充电期间，电压也是会有变化的，由于没有PD 协议分析仪，从网络寻找理解整个过程。

充电过程中，Sink 端会告诉充电器，需要调整电压

上图在经过了五百多次的通讯进行电压微调后，最终稳定在了7V3A这一个电压进行充电，以达到充的快温升低的目的，这就是PPS快充协议的通讯过程。

当设备充满通常会发送“GotoMin”命令，要求充电器降低输出，防止过度充电。

4. 总结

本章节主要对PD 协议进行简单分析，协议版本递增，目前已经使用新一点的协议应该是PD 3.1，后续还有PD 3.2 ，协议上新增了很多，虽然PD 3.2 在功率没有看到很大优势，但是对电池损伤应该会更小。另外对于PD协议交互分析，过程不会很复杂，可以通过一些大厂TI ST 等厂家的分析仪进行分析。目前国内的快充芯片也有很多做的非常好的厂家了，也希望国产越来好。

下一章节将介绍GNSS 相关知识与软件上d一些调试，有兴趣不要忘记关注码思途远！

参考：

https://www.codetd.com/article/11718198

https://www.chongdiantou.com/archives/57970.html

https://www.usb.org/document-library/usb-power-delivery

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