干貨！了解USB Type-C PD中的快速角色交換
2019-04-08 09:44:40 未知Type-C接口代表USB的一個顯著進步，因為它提供比前代接口多得多的功能。為了支持這一愿景，USB Implementers Forum(USB-IF)負責監管新功能和特性的開發，這些功能和特性有可能從根本上改變我們的連接方式。最初USB作為一種支持和擴展PC功能的技術被推出時，在消費領域和其他領域都產生了巨大的影響。在成為連接外設與計算機的默認方法的同時，也為開發人員提供方便的調試接口。很快它就像其名字所示那樣具有普遍性。當考慮到我們使用有線通信的方式時，USBType-C接口帶來了可與5G相當的顛覆性因素。其中一個重要的因素是設備能夠同時供電和被供電，并在這兩種模式之間進行切換，而不需要用戶的任何介入，這是有線總線所特有的。正是這種能力將有助于推動一種新的設備的推出，即獨立的USB擴展塢(Dock)。
Dock的演進
USB集線器并非新的概念。主機一直能夠計算比通過物理端口實際支持的更多設備，因此具有多個USB端口的集線器成為主機擴展物理USB端口數的簡單方法。在這種情況下，控制總是屬于主機設備，通常是一臺PC，電源也一樣。
在USB Type-C規范下，主機和設備的定義更為靈活，采用雙角色端口(DRP)模式，支持設備在下行端口(DFP)和上行端口(UFP)之間切換。電源也更靈活，使設備能夠動態地提供和接收電力。這超越了USBOn-The-Go (OTG)的概念，盡管可以公平地說，USB OTG在將USB生態系統從桌面擴展到我們的口袋中起了很大的作用。
USB Type-C的一個主要特點是電力傳輸(PD)。正是這種協議支持任何設備成為電源或被供電，同時不依賴數據流。
例如，外部供電的集線器，可為筆記本電腦充電，同時連接到投影儀或顯示器。在這種情況下，筆記本電腦是一個電源接收器和一個數據源。總之，集線器成為網絡的中心，雖然這有許多益處，但也帶來某些負擔。
比起所有設備都是集線器，人們更期望出現一類新的集線器 USB Dock；它支持多個USB Type-C端口和舊的USB端口。為了在電力傳輸方面在這些端口之間進行協商決議，Dock將需要支持專門為這一新模式開發的特性。
快速角色交換
除了DRP之外，支持新的Type-C模式的一個關鍵技術是快速角色交換(FRS)，它有效地確保需要電源的設備始終可以獲得電源。實際上，在事件標準序列中，每當電源從擴展塢分離，這都會發生。FRS是一種加速電源角色交換序列的方法，這樣數據就不會被中斷(因此用戶體驗也不會中斷)。實際上，如果電源從擴展塢移除，附加在其上的外設不應受到影響。
該過程是通過使用Type-C連接器上的CC引腳來控制和初始化的。如果電源從擴展塢上移除，它將通過驅動CC引腳到接地電位來向它當前正在供電的設備發出信號。此時，FRS信令覆蓋CC端口上的任何活動，排隊等待傳輸的消息將被刪除。當接收設備響應FR_Swap消息時，就完成了握手協議；圖1的流程圖說明了FRS流程。
【圖1：快速角色交換流程圖】
圖片說明
0：集線器由TA供電，并為設備供電
1：壁式適配器斷開連接
2：集線器接收電源設備通過VBUS_SINK_DISC檢測到斷開連接，并將GPO2輸出拉低
3：集線器初始化電源設備檢測GPI2 輸入上的低傳輸和停止供電
4：集線器初始化電源設備用ITCPCSendFRSwap向設備的初始化接收電力設備發出FR_Swap信號
5：設備的初始化接收電力設備收到FR_Swap信號，停止接收電力并開始為VBUS供電
該規范要求在150 µs或更短的時間內實現，因此需要一些額外的技術。通常，支持FRS的集線器將有多個Type-C端口可用，每個端口都有自己關聯的Type-C端口控制器(包括電源傳輸(PD))。為了協調所有端口，PD控制器需要協同工作，這可通過使用一個Type-C端口管理器(TCPM)或為PD3.0設計的具有雙角色端口和支持FRS的PD控制器來實現，例如安森美半導體的FUSB307B。
以一種持久的方式實現FRS需要考慮許多場景，例如如果擴展塢的主電源突然被移除會發生什么。這將影響到擴展塢上的所有設備，包括TCPM。
【圖2：使用安森美半導體FUSB307B的筆記本應用示例】
快速角色交換是一種支持技術，它將推動USB Dock的開發，以提供一種新的用戶體驗。USB生態系統正在迅速發展，在更廣泛的設備中采用USB Type-C將促進這一技術變革。通過采用支持雙角色端口和快速角色交換的PD控制器，原始設備制造商(OEM)將更好地利用這一新機會。
