淺談Power Delivery起源與規格

過往產品的充電裝置多由各家廠牌使用各自的接口，導致裝置汰換時將造成許多浪費。由于USB的普及，市面大部分的產品都透過此接口傳輸數據，進而促使人們欲提升USB供電能力的想法。過去即使透過USB Battery Charging 1.2 （BC1.2） 方式最多也只能提供7.5W （5V 1.5A），則電子產品需要較長的時間來充電。

USB-IF （USB Implementers Forum） 于2012年發表第一版USB Power Delivery規范 （USB Power Delivery Specification Revision 1.0， Version 1.0），其規格使供電能力大幅提升到最高100W （20V 5A）。隨著更多功能的加入，規范不斷更新，現已來到USB Power Delivery Specification Revision 3.0 （后續以PD及PD Spec簡稱）。

隨發展越來越成熟，Type-C接口漸漸成為市面上的主流，且多數產品支持PD，這些產品使用Configuration Channel （CC） pin傳輸PD溝通的訊息與協議，透過VBUS腳位供電。以下將從Type-C架構簡介開始，逐步了解PD概念。

Type-C 架構 （Source/Sink Detection）

依供電端與耗電端區分Power角色，廣義可分為下列三種：

對接的兩端透過CC與VBUS偵測是否有合適的裝置連接上：

1. Source：監測CC pin電壓，當Source 偵測到CC pin上Rd，表示接上Sink，則Source會在VBUS輸出5V

2. Sink：偵測VBUS，有5V時可知此時連接上Source

PD溝通前，Type-C連接示意圖 （圖一，取自Type-C Cable and Connector Spec）PD 架構

以Source端舉例說明，Device Policy Manager主要負責監控裝置整體使用狀況，工作包含：控制Power Source和USB-C Port Control模塊，并與Policy Engine合作以調節電源分配，每個埠根據被分配到的資源與其對接的裝置協議。USB-C Control則控制前一小節所述Source/Sink Detection部分，之后PD行為的控制由Physical Layer （PHY Layer）、Protocol、Policy Engine三部分共同合作，最后由Power Source透過VBUS供電給對方。

USB PD 架構示意圖 （圖二，取自PD3.0 Spec）Policy Engine

向上提供Device Policy Manager個別埠的狀態，使Policy Manager可以實時整合與更新裝置狀態并重新調配資源予每個埠。

向下依據政策判斷如何發送與響應收到的PD訊息，并指示Protocol Layer建構訊息。

Protocol Layer

傳送訊息端：接收Policy Engine的指示建構所需訊息交給PHY Layer，并藉由對方回傳GoodCRC確認訊息有正確送出，否則視為傳送失敗，適用重新發送（Retry）機制。

接收訊息端：收到PHY Layer傳來的訊息，解讀該訊息并將信息向上呈報給Policy Engine，在做相對響應前，先建構GoodCRC訊息讓PHY回送給對方，表示訊息已正確收到并解讀。

同時裝置雙方的Protocol Layer需各自計算對方是否在要求時間內有正確的響應 （Timer check）。

若以上確認內容有偵測到任何錯誤，任一方的Protocol Layer可發起Reset機制重整狀態：

PHY Layer

把Protocol層送來的訊息再加工，加上以4b5b方式編碼的SOP*、CRC、EOP以及Preamble，組成一完整的訊息，透過CC以BMC方式傳送給對方。

PD 訊息格式示意圖 （圖三，取自PD3.0 Spec）反之，收到訊息時，PHY要先驗證收到的訊息CRC，若正確就將訊息向上回傳給接收端的Protocol Layer。

PHY Layer傳送訊息流程示意圖 （圖四，取自PD3.0 Spec）下圖以Source Capabilities訊息為例，簡單表示上述內容中的傳送端、接收端，以及訊息的傳送流程：

（圖五）

由上述可以看到對接的兩端裝置PD訊息都靠同一條路線 （CC） 傳送，為避免兩端同時傳訊息，Source的Protocol有Collision Avoidance機制可以透過指示PHY控制Rp設定，告訴Sink當下是否可以只針對Source訊息響應。
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