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USB Power Delivery (PD) 技术规范与合规性概述

本文档是USB-IF（USB Implementers Forum）在2019年USB开发者大会（台北）上的技术演讲内容，聚焦于USB Power Delivery (PD) 协议的最新进展、技术细节及合规性要求。主要涵盖以下核心内容：

1. USB PD技术背景与愿景

• 目标：通过标准化高功率传输（最高100W）、可编程电源（Programmable Power Supply, PPS）和多端口充电方案，实现“通用充电”生态，减少电子废弃物。
  
• 关键升级：
  
  • 功率提升至100W，支持固定电压（5V/9V/15V/20V）和PPS（3.3V–21V可调，20mV步进）。
    
  • 新增PPS功能，支持动态电压/电流调整（50mA步进），优化快充效率。
    
  • 通过IEC 63002扩展通用充电概念。
    

2. USB PD系统架构与核心术语

• 角色定义：
  
  • DFP/UFP（Downstream Facing Port/Upstream Facing Port）：定义端口在USB拓扑中的位置（主机或设备端）。
    
  • Source/Sink：电源角色（供电方或受电方）。
    
  • DRP/DRD（Dual-Role Power/Data）：支持双角色切换的端口。
    
• 协议层：
  
  • 物理层通过CC线通信，协议层处理消息分块、重试及冲突避免。
    
  • SOP*（Start of Packet）：区分端口（SOP）、电缆（SOP’）或替代模式设备（SOP’’）的通信地址。
    

3. 电源协商与功能扩展

• 固定电源（Fixed Supply）：
  
  • 支持多电压档位，电流能力基于PDP（Power Delivery Power Rating）计算（四舍五入至10mA）。
    
  • 新增轻载（<60mA）下过渡时间放宽至150ms的规则。
    
• 可编程电源（PPS）：
  
  • 由受电设备（Sink）主导，动态请求电压/电流（每10秒至少一次通信）。
    
  • 严格的安全要求：过流/过热保护、通信丢失时自动回退安全状态。
    
  • 电流限制模式（Current Limit Mode）需满足±5%精度（>3A时）或±150mA（≤3A时）。
    

4. 多端口充电与USB4集成

• 多端口充电器分类：
  
  • 确保容量（Assured Capacity）：每个端口独立满功率输出。
    
  • 共享容量（Shared Capacity）：动态分配总功率，依赖Sink的扩展能力（最小/最大功率需求）。
    
• USB4集成：
  
  • 通过PD协议实现USB4设备的发现与入口（Enter_USB消息）。
    
  • 新增DFP/UFP的Discover Identity VDO（Vendor Defined Object），标识USB4支持能力。
    
  • 数据重置（Data Reset）流程：保留电源合约，重置电缆（通过VCONN断电）和USB数据连接。
    

5. 合规性测试与常见问题

• 测试规范更新：
  
  • 合并PD2与PD3测试要求，新增双模式（PD2/PD3）测试场景。
    
  • 重点验证物理层（眼图、抗干扰）、协议层（GoodCRC响应时间25–195μs）及PPS功能。
    
• 常见问题：
  
  • PPS实现错误：如电流限制模式未启用、电压步进不单调、过渡时间超标。
    
  • 预留位未置零导致兼容性问题（如旧设备误判PD3 APDO）。
    
  • 多端口测试设备尚不完善，需分阶段推进。
    

6. 技术亮点与行业影响

• 创新点：
  
  • PPS的精细化电源管理，提升快充效率与安全性。
    
  • USB4与PD深度整合，简化高速数据传输与高功率充电的协同设计。
    
• 应用价值：
  
  • 推动消费电子（笔记本、手机）、工业设备迈向统一充电接口。
    
  • 降低厂商开发成本，增强用户体验（如多设备共享充电器）。
    

以上内容提炼自文档的技术细节与合规性讨论，适用于工程师、标准制定者及产业链相关从业者参考。