USB PD快充协议详解（待续）

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本文详细解析了USB OTG和PD充电技术的工作原理，包括USB OTG如何通过PHY监控VBUS电压和OTGID脚来识别USB PD协议，以及USB PD 2.0和3.0如何通过Type-C接口实现快速充电。同时，介绍了USB PD 3.0相较于2.0的主要改进，包括设备内置电池特性的详细描述、设备软硬件版本识别和软件更新功能以及数字证书和数字签名功能。

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1、原理

1.1 USB OTG充电原理：

（1）USB OTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在，并且检测到OTG ID脚是1K欧的下拉电阻（不是 OTG HOST模式，其ID电阻小于1K）就说明该电缆支持USB PD；
（2）USB OTG做正常的BCS V1.2规范的充电器探测，并且启动USB PD设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合FSK信号，并且解码消息得出是Capabilities Source消息，就根据USB PD规范解析该消息USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对；
（3）手机根据用户的配置，从Capabilities Source消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流加在Request消息的Payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上；
（4）充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机，同时调整Power Supply直流电压和直流电流的输出；
（5）手机接收到Accept消息，调整Charge IC的充电电压和电流；
（6）手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电。

1.2 USB PD2.0 和Type-C接口的充电原理：

（1）适配器在连接建立后，会通过D+、D-线进行广播，告诉连接建立的另一方，适配器能够提供多少种电压以及对应的电压；
（2）用电器在获悉适配器的供电能力后，从中选择一个最适合自己的供电方式，并向适配器发送请求数据包；
（3）适配器根据用电器的选择，评估自身的供电能力后，发送“接收”命令；
（4）适配器进行内部电压变换，并向用电器发送"电源准备好"数据包；
（5）适配器向VBUS施加协商后新的供电电压。

1.3 USB PD3.0与USB PD2.0的区别

PD3.0相对于PD2.0的变化主要是三方面：
(1)增加了对设备内置电池特性更为详细的描述。
(2)增加了通过PD通信进行设备软硬件版本识别和软件更新的功能。
(3)增加了数字证书及数字签名功能。

2 通信协议

2.1 物理层

物理层由一对收发器和接收器组成，通过单个信号线进行半双工通信。
主要作用：

发送数据包：

接收来自协议层的数据包
进行CRC校验
将CRC校验结果编码到数据包上
将校验后的数据包通过信号线传送出去

接收数据包：

恢复时钟，并锁定到数据包的前导码上
检测SOP
解码接收到的数据，包括CRC
判断接收到的数据是否是有效数据

数据包格式：
在这里插入图片描述
Preamble:

The Preamble is used to achieve lock in the receiver by presenting an alternating series of “0s” and “1s”, so the average frequency is the carrier frequency. Unlike the rest of the packet, the Preamble Shall Not be 4b/5b encoded. The Preamble Shall consist of a 64-bit sequence of alternating 0s and 1s. The Preamble Shall start with a “0” and Shall end with a “1”.

SOP(Start Of Packet):
CRC:
EOP(End of Packet)