一、Data Role協議通訊過程和工作原理

Data Role描述了數據傳輸的方向。在Type-C接口中，下行端口（DFP）可以作為Host或HUB，負責提供VBUS和VCONN，并接收數據。與之相對的上行端口（UFP）則作為Device，從VBUS中獲取電力，并發送數據。而雙角色端口（DRP）則能夠在Host和Device之間進行動態切換。

通訊信號內容：

連接建立階段：

設備A發送默認的USB信號（如USB JID信號）給設備B。

設備B收到信號后，回復USB Detection信號給設備A，確認連接建立。

數據傳輸階段：

設備A發送SOF（Start of Frame）信號給設備B，表示開始傳輸數據。

設備B收到SOF信號后，回復ACK（Acknowledgment）信號給設備A，表示數據已成功接收。

數據傳輸過程中，設備A和設備B通過交換一系列數據包實現數據傳輸。這些數據包可能包括Data Token、STP（Split Transaction Preamble）、STP Token、Data Preamble、Data、Handshake等信號內容。

角色切換階段：

設備A發送PR_Swap請求信號給設備B，請求切換為Sink角色。請求信號可能包含電壓級別、電流限制等信息。

設備B收到請求信號后，通過CC引腳發送PR_Swap_GIVE響應信號給設備A，表示同意切換。響應信號可能包含確認信息或狀態信息。

在角色切換完成后，設備A作為Sink模式會打開VBUS和VCONN，提供電力給設備B。同時設備B也會進行相應的配置調整以接收電力。

斷開階段：

當設備A與設備B斷開連接時，雙方設備會通過CC引腳發送DISCONNECT請求信號。請求信號可能包括斷開的原因、斷開前的狀態等信息。

在確認斷開后，設備A和設備B會關閉VBUS和VCONN，結束連接。同時雙方設備也會進行一些清理和復位操作。

二、Power Role協議通訊過程和工作原理

Power Role定義了供電的角色。根據USB PORT的供電情況來劃分，Source是供電方，Sink則是受電方。Source Only表示只能作為供電方，Sink Only則只能作為受電方。默認情況下，設備為Source模式，但可以通過PD SWAP協議切換為Sink模式。

通訊信號內容：

源模式階段：

設備A作為Host模式默認打開VBUS和VCONN，向設備B提供電力。

設備B作為Device模式接收電力并發送回復信號給設備A，該回復信號可能包括電力的狀態、需求或反饋信息等。

角色切換階段：

當設備B需要從設備A接收電力時，雙方設備會進行角色切換。

設備A作為Source模式發送PR_Swap請求信號給設備B，請求切換為Sink角色。請求信號可能包含電壓級別、電流限制等信息。

設備B作為Sink模式響應PR_Swap_GIVE信號給設備A，表示同意切換。響應信號可能包含確認信息或狀態信息。

在角色切換完成后，設備A作為Sink模式打開VBUS和VCONN，提供電力給設備B。同時設備B也會進行相應的配置調整以接收電力。

斷開階段：

當設備A與設備B斷開連接時，雙方設備會通過CC引腳發送DISCONNECT請求信號。請求信號可能包括斷開的原因、斷開前的狀態等信息。

在確認斷開后，設備A和設備B會關閉VBUS和VCONN，結束供電。同時雙方設備也會進行一些清理和復位操作。

如下圖顯示常用設備的Data Role和Power Role

Power Role詳細可以分為：

a）Source Only

b）默認Source，但是偶爾能夠通過PD SWAP切換為SINK模式

c）Sink Only

d）默認SINK，但是偶爾能夠通過PD SWAP切換為Source模式

e）Source/SINK輪換

f）Sourcing Device（能供電的Device，顯示器）

g）Sinking Host（吃電的Host，筆記本電腦）

Type-C的Data/Power Role識別協商/Alt Mode

USB Type-C的插座中有兩個CC腳，以下的角色檢測，都是通過CC腳進行的，但是對于插頭、或者線纜正常只有一個CC引腳，兩個端口連接在一起之后，只存在一個CC引腳連接，通過檢測哪一個CC有連接，就可以判斷連接的方向。如果USB線纜中有需供電的器件，其中一個CC引腳將作為VCONN供電。

CC引腳有如下作用：

a）檢測USB Type-C端口的插入，如Source接入到Sink

b）用于判斷插入方向，翻轉數據鏈路

c）在兩個連接的Port之間，建立對應的Data Role

d）配置VBUS，通過下拉電阻判斷規格，在PD協商中使用，為半雙工模式

e）配置VCONN

f）檢測還有配置其他可選的配置模式，如耳機或者其他模式

連接方向、Data Role、Power Role角色檢測

SourceSink Connection

如圖所示，Source端CC引腳為上拉，Sink端CC引腳為下拉。握手過程為接入后檢測到有效連接（即一端為Host一端為Device），隨后檢測線材供電能力，再進行USB枚舉。

如下圖指示了Source端，在連接SINK之前，CC1和CC2的框圖模型：

a）Source端使用一個MOSFET去控制電源，初始狀態下，FET為關閉狀態

b）Source端CC1/CC2均上拉至高電平，同時檢測是否有Sink插入，當檢測到有Rd下拉電阻時，說明Sink被檢測到。Rp的阻值表明Host能夠提供的功率水平。

c）Source端根據Cable中哪一個CC引腳為Rd下拉，去翻轉USB的數據鏈路，同時決定另外一個CC引腳為VCONN

d）在此之后，Source打開VBUS，同時VCONN供電

e）Source可以動態調整Rp的值，去表示給Sink的電流發送變化，告知SINK最大可以使用的電流

f）Source會持續檢測Rd的存在，一旦連接斷開，電源將會被關閉

g）如果Source支持高級功能（PD或者Alternate Mode），將通過CC引腳進行通信

如下圖指示了SINK端CC1和CC2框架：

a）SINK的兩個CC引腳均通道Rd下拉到GND

b）SINK通過檢測VBUS，來判斷Source的連接與否

c）SINK通過CC引腳上拉的特性，來檢測目前的USB通信鏈路（翻轉）

d）SINK可選地去檢測Rp的值，去判斷Source可提供的電流。同時管理自身的功耗，保證不超過Source提供的最大范圍

e）同樣的，如果支持高級功能，通過CC引腳進行通信。

如下圖指示DRP的CC引腳在鏈接之前的架構：

a）當作為Source存在的時候，DRP使用MOSFET控制VBUS供電與否

b）DRP使用Switch去切換自身身份作為Source，或者是SINK

c）DRP存在一套機制，分三種情況，去決定自身是SINK或者是Source，去建立兩者間彼此的角色。

情況1：不使用PD SWAP，隨機變成Source/SINK中的任意一個，CC腳波形為方波

情況2：自身傾向于作為Source，執行Try.SRC，問對面能不能做SINK呀，我做Source

情況3：與情況2相反，自身傾向作為SINK，執行Try.SNK，你做Source，我做小弟

當然還存在Source&Source，SINK&SINK這種搞基模式，唯一的結果就是一直停留在Unattached.SNK/Unattached.SRC，無法終成眷屬。

Type-C的其他模式

Display Port Alternate Mode

系統會通過USB PD協議中VDMs的信息通信（CC引腳通信），去告知支持Display Port模式。在這個模式當中，USB SuperSpeed信號允許部分傳輸USB，部分傳輸DP信號。

Audio Adapter Accessory Mode

如下圖，為3.5mm音頻輸入口轉Type-C端口，USB2.0鏈路被用來傳輸模擬音頻信號，若帶MIC，MIC信號則連接在SBU引腳上，在這個模式當中，電源可以提供到500mA電流。

Host端如何識別到音頻模式呢？把CC引腳和VCON連接，并且下拉電阻小于Ra/2(則小于400ohm)，或者分別對地，下拉電阻小于Ra(小于800ohm)，則Host會識別為音頻模式。

Debug Accessory Mode（DAM）

在DAM下，連接軟體和硬體提供可視化調試和控制的系統，使用較少。






審核編輯：劉清