معماری USB PD، عملکرد EPR، مدلهای شارژ و الزامات الکتریکی پایه
در مقاله سوم، نمای منطقی و لایهای USB Power Delivery را از سیاست سیستم تا سیگنال روی سیم CC دنبال میکنیم، مراحل ورود و خروج از EPR Mode را میخوانیم، سه مدل Fixed Supply، PPS و AVS را مقایسه میکنیم و در پایان به قواعد پایه سازگاری الکتریکی، افت زمین کابل و تشخیص ظرفیت کابل میرسیم.
دامنه این مقاله
محتوای این مقاله فقط از بخشهای 2.6 تا 4.4 و صفحات ۶۶ تا ۷۸ سند USB Power Delivery Specification, Revision 3.2, Version 1.1, 2024-10 استخراج شده است. معماری این بازه یک مدل منطقی مرجع است، نه نقشه اجباری پیادهسازی محصول. جزئیات ماشین حالت، قالب دقیق پیامها، Power Rules و مقادیر آزمون که در فصلهای بعدی استاندارد آمدهاند، در این مقاله جلوتر از منبع باز نمیشوند.
از تصمیم مدیریتی تا بیتهای روی CC
معماری PD توضیح میدهد یک تصمیم توان چگونه در چند لایه تبدیل به پیام، سیگنال و در نهایت تغییر واقعی VBUS میشود.
USB Power Delivery یک معماری Port-to-Port است. هر دستگاه دارای قابلیت PD میتواند شکل بسیار متفاوتی داشته باشد: ممکن است ارتباط USB داشته باشد یا فقط برای شارژ ساخته شده باشد، یک Port یا چند Port داشته باشد، از منبع تغذیه اختصاصی استفاده کند یا ظرفیت یک منبع را میان چند خروجی تقسیم نماید، و منطق آن سختافزاری، نرمافزاری یا ترکیبی باشد. به همین دلیل استاندارد در این بخش قصد ندارد معماری داخلی یک شارژر یا گوشی را دیکته کند؛ هدفش معرفی بلوکهای منطقی مشترکی است که رفتار سازگار میان محصولات گوناگون را ممکن میکنند.
این نگاه لایهای کمک میکند هر مسئله در جای درست خود دیده شود. تصمیم اینکه چه مقدار توان در اختیار یک Port قرار گیرد به Policy مربوط است؛ انتخاب و توالی پیامها در Policy Engine شکل میگیرد؛ ساخت، شمارهگذاری و کنترل پیام در Protocol Layer انجام میشود؛ و تبدیل پیام به انتقال واقعی روی CC بر عهده PHY است. در کنار این زنجیره، Source یا Sink مسیر توان را کنترل میکند و USB-C Port Control اتصال کابل، مقدار Rp و وضعیت Attach یا Detach را به منطق دستگاه گزارش میدهد.
پس افزایش ولتاژ روی VBUS نتیجه مستقیم یک فرمان منفرد نیست. ابتدا وضعیت کابل و Portها شناخته میشود، سپس سیاست محلی گزینههای مجاز را تعیین میکند، پیامهای قابلیت و درخواست میان طرفین ردوبدل میشوند و تنها بعد از تشکیل Contract، منبع تغذیه به نقطه کاری توافقشده میرود. همین تفکیک پایه تحلیل خطاهای واقعی است: مشکل میتواند در تصمیم سیاست، تشکیل پیام، انتقال BMC، تشخیص کابل یا اجرای توان رخ دهد و مشاهده یک علامت ظاهری بهتنهایی محل خرابی را تعیین نمیکند.
معماری لایهای ارتباطات USB PD
میان Provider و Consumer چهار سطح منطقی اصلی وجود دارد. هر سطح با همتای خود در Port مقابل معنا پیدا میکند، اما تبادل فیزیکی نهایی از سیم CC عبور میکند.
| لایه یا بلوک | دامنه | وظیفه در معماری | خروجی یا تعامل اصلی |
|---|---|---|---|
| Device Policy Manager | یک نمونه در هر دستگاه | مدیریت منابع PD دستگاه بر پایه Local Policy در یک یا چند Port | کنترل Portها، Source/Sink و USB-C Port Control |
| Policy Engine | یک نمونه در هر Source Port یا Sink Port | اجرای Local Policy همان Port با مذاکره و سازوکارهای وضعیت | درخواست ارسال پیام از Protocol و دریافت نتیجه |
| Protocol Layer | یک نمونه در هر Port | ساخت Capabilities، Request، Acknowledgment و پیامهای نقش یا حضور | تحویل پیام به PHY و گزارش پاسخ به Policy Engine |
| PHY Layer | مرز ارتباطی Port | ارسال و دریافت روی CC، مدیریت دسترسی مشترک و تشخیص خطا با CRC | بیتها و سیگنالهای واقعی روی سیم |
Device Policy Manager در بالاترین سطح دستگاه قرار دارد. اگر یک شارژر چند Port داشته باشد، این بلوک میتواند منابع مشترک را میان آنها مدیریت کند؛ استاندارد بهطور مشخص مسئولیت الگوریتم تقسیم توان در Shared Capacity Charger را به همین بلوک نسبت میدهد. در مقابل، Policy Engine مختص هر Port است و تصمیم جاری همان Port را به توالیهای قابل اجرا تبدیل میکند. در نتیجه تغییر ظرفیت کلی دستگاه ابتدا در Device Policy Manager معنا پیدا میکند و سپس به Policy Engineهای Portهای مرتبط اطلاع داده میشود.
Protocol Layer پیامهای لازم برای عرضه قابلیت، درخواست توان، تأیید، تعویض نقش و حفظ حضور را تشکیل میدهد. مدل پایه آن Push است: Provider ابتدا Capabilities خود را میفرستد و Consumer از میان پیشنهادها درخواست میکند. با این حال Consumer نیز میتواند بهصورت غیرهمزمان قابلیتهای فعلی Provider را بخواهد و انتخاب ولتاژ یا جریان را تغییر دهد. Extended Messageهای بزرگ نیز در صورت نیاز با Chunking به قطعات کوچکتر تقسیم میشوند تا محدودیت طرفین رعایت شود.
PHY پایینترین لایه منطقی ارتباط است. PD روی CC یک محیط Multi-Drop محسوب میشود، زیرا Port Partnerها و Cable Plugهای دارای ارتباط، رسانه مشترکی دارند. بنابراین PHY فقط فرستنده و گیرنده بیت نیست؛ اجرای سازوکارهای جلوگیری از برخورد، بازیابی و تشخیص خطا با CRC نیز در همین سطح قرار میگیرد. این تعریف مرز مهمی میسازد: Protocol درباره «چه پیامی» صحبت میکند و PHY درباره «چگونه رساندن آن پیام روی سیم».
ارتباط PD روی CC و مدیریت سیستم روی USB
معماری Port-to-Port برای کارکرد پایه PD کافی است و وجود USB Device Interface الزامی نیست. یک شارژر بدون USB data communication همچنان میتواند با دستگاه متصل مذاکره توان انجام دهد. اما هنگامی که دستگاهها علاوه بر PD بهعنوان USB Device هم قابل ارتباط باشند، لایه دیگری از مدیریت میتواند از طریق USB شکل بگیرد: System Policy Manager که در USB Host قرار دارد، از مسیر Root Hub و Hubهای احتمالی به PDUSB Deviceها دسترسی پیدا میکند.
System Policy Manager اختیاری است. وظیفه آن هماهنگکردن سیاست در مقیاس کل سیستم و میان چند Provider یا Consumer است، نه جایگزینکردن مذاکره مستقیم PD. رابط تعریفشده برای گفتوگوی آن با Device Policy Manager در استاندارد با UCSI ارجاع داده میشود. دستگاهی که توانایی ارتباط USB ندارد یا از نظر داده به Host متصل نیست، نمیتواند در این System Policy مشارکت کند؛ بااینحال Local Policy و مذاکره Port-to-Port آن همچنان فعال میماند.
در یک سامانه Headless که Host وجود ندارد، PD برای شارژ یا تأمین توان همچنان مفید است، هرچند USB functionality قابل استفاده نیست. اگر Host وجود داشته باشد اما System Policy Manager نداشته باشد نیز Provider و Consumer میتوانند مستقل از مدیریت سراسری با یکدیگر مذاکره کنند؛ فقط گزینههای هماهنگسازی و تخصیص توان در سطح سیستم محدودتر میشود.
نمای سطحبالا: ارتباط، کنترل Port و مسیر توان
معماری ارتباطی بهتنهایی توان را منتقل نمیکند. معماری کامل Provider و Consumer باید مسیرهای CC و VBUS و همچنین بلوکهای Source، Sink و USB-C Port Control را کنار هم قرار دهد.
مسیر ارتباط PD
Physical Layer پیامهای BMC را روی CC میان Portها جابهجا میکند. تصمیم مذاکره از لایههای بالاتر میآید، اما انتقال واقعی داده از این مسیر است.
مسیر انتقال توان
Power Source در Provider و Power Sink در Consumer به VBUS متصلاند. Contract تعیین میکند این مسیر با چه نقطه کاری و در چه نقش توانی فعالیت کند.
تشخیص اتصال و Rp
Attach و Detach را به Device Policy Manager گزارش میدهد، مقدار Rp را در Sink اعلام میکند و به Source اجازه تنظیم Rp میدهد.
Provider میتواند یک یا چند Power Source داشته باشد و هر منبع میان یک یا چند Port مشترک باشد. هر Source Port معماری ارتباطی و USB-C Port Control خود را دارد، اما Device Policy Manager میتواند تخصیص منابع را در سطح دستگاه هماهنگ کند. Consumer نیز یک Power Sink تحت کنترل Local Policy دارد. یک Dual-Role Power Device با ترکیب عناصر Provider و Consumer میتواند در زمانهای متفاوت Source یا Sink باشد.
Source Port از USB Type-C Operation و vSafe0V روی VBUS آغاز میکند. پس از تشخیص Attach، خروجی به vSafe5V منتقل میشود و در Detach یا پس از Hard Reset به وضعیت پایه بازمیگردد. Sink از USB Default Operation شروع میکند و میتواند با vSafe5V و جریانهای پیشفرض USB کار کند؛ آن نیز پس از Detach یا Hard Reset به همین حالت پایه برمیگردد. این توالی نشان میدهد معماری PD روی یک شروع ایمن و شناختهشده بنا میشود.
سه سطح تصمیمگیری در Policy
دید سراسری و اختیاری
در USB Host قرار میگیرد و در صورت وجود، سیاست کل سیستم را میان چند دستگاه و اتصال مدیریت میکند. برای ارتباط با Device Policy Manager به مسیر داده USB نیاز دارد.
دید دستگاه و منابع مشترک
Local Policy دستگاه را نگه میدارد و Source/Sink، Policy Engine و Port Control هر Port را هماهنگ میکند. تقسیم ظرفیت شارژر چندپورتی نیز در این سطح است.
اجرای سیاست در هر Port
سیاست جاری Port را با Negotiation و Status اجرا میکند و هر تغییر Capabilities یا Local Policy را از Device Policy Manager دریافت مینماید.
Collision Avoidance چگونه میان لایهها تقسیم میشود؟
Policy Engine در Source ابتدا و انتهای هر Atomic Message Sequence یا AMS آغازشده توسط Source را به Protocol اعلام میکند. Policy Engine در Sink نیز آغاز AMS خود را گزارش میدهد. Protocol در Source هنگام آزادبودن رسانه از PHY میخواهد Rp را روی SinkTxOK قرار دهد؛ یعنی Sink اجازه آغاز AMS دارد. وقتی Source میخواهد AMS خود را شروع کند، Rp به SinkTxNG میرود تا Sink شروع تازهای نداشته باشد.
Protocol در Sink پیش از فرستادن نخستین پیام AMS منتظر SinkTxOK میماند. PHY در Source مقدار Rp خواستهشده را اعمال میکند و PHY در Sink مقدار فعلی را تشخیص داده و به Protocol گزارش میدهد. بنابراین جلوگیری از برخورد یک وظیفه تکلایه نیست: Policy Engine محدوده AMS را مشخص میکند، Protocol اجازه ارسال را مدیریت میکند و PHY وضعیت واقعی Rp را روی رابط اعمال یا مشاهده مینماید.
نقشهای توان، داده و VCONN در این معماری
Dual-Role Power Port میتواند Source یا Sink باشد و با Power Role Swap یا Fast Role Swap میان این دو نقش جابهجا شود. Dual-Role Data Port نیز میتواند DFP یا UFP باشد و با Data Role Swap نقش داده را عوض کند. این دو قابلیت مستقلاند؛ یک محصول میتواند در داده Dual-Role باشد ولی از نظر توان فقط Source یا فقط Sink باقی بماند.
Source در لحظه Attach، VCONN Source نیز هست. تأمین VCONN میتواند با روش make-before-break میان دو Port جابهجا شود تا Cable Plugها بدون قطع توان بمانند. فقط Portی که در همان لحظه VCONN Source است اجازه ارتباط با Cable Plug را دارد. همچنین فقط DFP کنترل Alternate Mode operation را در اختیار دارد؛ DFP الزاماً Host دارای USB Communication نیست و یک Charger بدون رابط داده هم میتواند DFP باشد.
وقتی فقط یکی از دو طرف PD را پشتیبانی میکند
USB PD فقط زمانی فعال میشود که دو دستگاه PD مستقیماً به یکدیگر متصل باشند. اگر Host یا DFP/Source غیر-PD باشد، Advertisement مربوط به PD ارسال نمیکند؛ دستگاه PD متصل نیز Advertisement نمیبیند و طبق قواعد USB 2.0، USB 3.2، USB Battery Charging 1.2 یا USB Type-C کار میکند. در این وضعیت نبود پیام PD به معنای خرابی الزاماً نیست، بلکه میتواند نتیجه نداشتن قابلیت PD در طرف مقابل باشد.
اگر Device یا UFP/Sink غیر-PD باشد، پیشنهادهای PD را نمیبیند و پاسخی نمیدهد. Source همچنان vSafe5V را مطابق قواعد پایه USB روی VBUS نگه میدارد. بنابراین سازگاری عقبرو از طریق بازگشت به تأمین توان پایه حفظ میشود و نبود Explicit Contract مانع یک اتصال معمول ۵ ولت نمیگردد.
EPR Mode؛ عبور کنترلشده از مرز ۱۰۰ وات
Extended Power Range حالتی برای انتقال توان تا ۲۴۰ وات است؛ درحالیکه محدوده اصلی Standard Power Range تا ۱۰۰ وات تعریف شده بود. EPR یک وضعیت خودکار پس از اتصال کابل نیست. ورود به آن فقط زمانی ممکن است که یک Explicit Contract در SPR وجود داشته باشد و هر دو Port و Cable Plug یا Plugهای درگیر، EPR را پشتیبانی کنند. این شرط زنجیرهای باعث میشود ولتاژهای بالاتر تنها میان Source، Sink و کابلی شناختهشده و مناسب برقرار شوند.
EPR Source میتواند Fixed Supply و Adjustable Voltage Supply یا AVS ارائه کند. ادامه کار در EPR نیز به تبادل منظم پیامهای PD وابسته است. اگر ارتباط تکرارشونده میان EPR Source و EPR Sink از دست برود، Hard Reset آغاز میشود و اتصال به SPR برمیگردد. در نتیجه EPR صرفاً یک Contract پرقدرت نیست؛ یک Mode نظارتشونده است که حضور ارتباطی فعال را نیز شرط ادامه کار میداند.
ورود
ابتدا SPR Explicit Contract شکل میگیرد و وضعیت EPR در PDO/APDO و RDO اعلام میشود. Sink درخواست ورود میدهد و Source پس از تأیید EPR بودن کابل، آن را میپذیرد.
عملیات
Source قابلیتهای EPR شامل Fixed PDOها و AVS APDO را میفرستد؛ Sink Contract مناسب را درخواست میکند و با ارتباط منظم، بقای EPR Mode را حفظ مینماید.
خروج
پیش از Exit باید Contract به ۲۰ ولت یا کمتر منتقل شود. سپس پیام خروج ارسال و بعد از ترک EPR، یک SPR Contract تازه برای بازگشت رسمی مذاکره میشود.
سه مدل اصلی تحویل توان
استاندارد در این بازه سه مدل را در سطح معرفی مقایسه میکند: ولتاژهای ثابت، منبع قابلبرنامهریزی PPS و منبع ولتاژ قابلتنظیم AVS. هر سه به Capabilities اعلامشده Source و ظرفیت کابل محدودند، اما دامنه ولتاژ، Mode و قواعد جریان یکسان نیست.
نقاط ولتاژ استاندارد و ثابت
در SPR از ۵، ۹، ۱۵ و ۲۰ ولت استفاده میشود. EPR علاوه بر این نقاط، در توان بالاتر از ۱۰۰ وات، ۲۸، ۳۶ و ۴۸ ولت را با کابل EPR اضافه میکند.
دامنه قابلبرنامهریزی در SPR
دامنههای استاندارد آن از ۵ ولت آغاز میشوند و سقف ۱۱، ۱۶ یا ۲۱ ولت دارند. PPS در EPR Mode در دسترس نیست.
تنظیم ولتاژ بر پایه PDP
در SPR برای PDP بالاتر از ۲۷ وات و در EPR ارائه میشود. سقف دامنه EPR با PDP Source میتواند ۲۸، ۳۶ یا ۴۸ ولت باشد.
جدول Fixed Supply در SPR و EPR
ولتاژهای زیر نقاط ثابت معرفیشده در Table 2.1 هستند. جریان قابلاستفاده همواره به قابلیت اعلامشده Source و کابل محدود میماند.
| Power Range | Current | Available Voltages | PDP Range | Requirement |
|---|---|---|---|---|
| SPR | 3A | 5V, 9V, 15V, 20V | 15–60W | — |
| 5A | 20V | >60–100W | 5A Cable | |
| EPR | 3A | 5V, 9V, 15V, 20V | 15–60W | EPR Mode + EPR Cable |
| 5A | 20V | >60–100W | EPR Mode + EPR Cable | |
| 5A | 28V, 36V, 48V | >100–240W | EPR Mode + EPR Cable |
تمایز کلیدی این جدول آن است که ۲۰ ولت هم در SPR و هم EPR حضور دارد، اما نقاط ۲۸، ۳۶ و ۴۸ ولت به EPR و کابل EPR محدودند. همچنین عبور از ۳ آمپر در SPR به کابل ۵ آمپر نیاز دارد. نام EPR بهتنهایی به معنای اعمال فوری ولتاژ بالا نیست؛ Mode باید طبق فرایند قبلی ایجاد شود و Source فقط Capabilities سازگار با کابل را عرضه کند.
PPS؛ دامنههای قابلبرنامهریزی فقط در SPR
Programmable Power Supply از دامنههای استاندارد ولتاژ استفاده میکند و جریان آن به Capabilities اعلامشده Source و کابل محدود است. در SPR، مقدار جریان علاوه بر این دو عامل، با Operating Current ثبتشده در Request Message نیز محدود میشود. استاندارد در همین بخش صریح است که PPS در EPR Mode در دسترس نیست؛ بنابراین نباید PPS و تنظیم ولتاژ EPR را یک مدل واحد دانست.
| Available Current | PPS Range | Min Voltage | Max Voltage | PDP Range |
|---|---|---|---|---|
| 3A | 9V Prog | 5V | 11V | 16–60W |
| 3A | 15V Prog | 5V | 16V | |
| 3A | 20V Prog | 5V | 21V | |
| 5A | 20V Prog | 5V | 21V | 61–100W |
ردیف ۵ آمپر به کابل ۵ آمپر نیاز دارد. این جدول دامنههای استاندارد قابل عرضه را نشان میدهد، نه اینکه هر Source الزاماً همه دامنهها یا بیشترین جریان آنها را ارائه کند.
AVS؛ تنظیم ولتاژ در SPR و EPR بر پایه PDP
Adjustable Voltage Supply در SPR هنگامی مطرح است که PDP بالاتر از ۲۷ وات باشد و در EPR نیز دامنه قابلتنظیم متناسب با PDP Rating منبع تعریف میشود.
| PDP | SPR AVS | EPR AVS | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Min V | Max V | Max Current | Min V | Max V | Max Current | |
| >27–45W | 9V | 15V | 3A | N/A | ||
| >45–60W | 9V | 20V | 3A | N/A | ||
| >60–100W | 9V | 20V | 5A | N/A | ||
| 100–140W | 9V | 20V | 5A | 15V | 28V | 5A |
| >140–180W | 9V | 20V | 5A | 15V | 36V | 5A |
| >180–240W | 9V | 20V | 5A | 15V | 48V | 5A |
بازههای SPR با جریان ۵ آمپر به کابل ۵ آمپر نیاز دارند و ردیفهای EPR به کابل EPR وابستهاند. حداکثر جریان قابلدسترس SPR AVS نیز از Fixed Supply PDOهای ۱۵ و ۲۰ ولت مشتق میشود: در بازه ۹ تا ۱۵ ولت از ظرفیت PDO پانزدهولت و در بازه ۱۵ تا ۲۰ ولت از ظرفیت PDO بیستولت.
افزایش PDP سقف EPR AVS را مرحلهبهمرحله بالا میبرد: تا ۱۴۰ وات سقف ۲۸ ولت، تا ۱۸۰ وات سقف ۳۶ ولت و تا ۲۴۰ وات سقف ۴۸ ولت است. پس حداکثر ولتاژ نه فقط به «EPR بودن»، بلکه به PDP Rating مشخص Source وابسته است.
فصل Deprecated و آغاز الزامات الکتریکی
فصل ۳ درباره کابلها و کانکتورهای USB Type-A و USB Type-B در این ویرایش Deprecated اعلام شده و برای سناریوهای BFSK به USB PD 2.0 ارجاع میدهد. مطابق روش این مجموعه، بخش منسوخ فقط در جایگاه واقعی خود ثبت میشود و بهعنوان طراحی جاری توسعه داده نمیشود.
فصل ۴ الزامات الکتریکی پلتفرم را آغاز میکند. PD میتواند در کنار USB 2.0، USB 3.2، USB4، USB Battery Charging 1.2 و USB Type-C اجرا شود. اگر دستگاه ابتدا از USB BC 1.2 توان بخواهد و بعد وارد USB PD شود، تا Detach یا Hard Reset باید از قواعد PD پیروی کند. با ازدسترفتن اتصال PD، Port طبق منطق Hard Reset به وضعیت پیشفرض بازمیگردد.
Dead Battery و Unpowered Port
این حالت زمانی مطرح است که USB Device باید به USB Host توان بدهد، درحالیکه Host باتری خالی دارد، منبع خود را از دست داده، اصلاً منبع ندارد یا نمیخواهد توان تأمین کند. جزئیات شارژ Dead Battery در اتصال Type-C به مشخصات USB Type-C ارجاع شده است.
Cable IR Ground Drop
کشیدن جریان زیاد میتواند افت ولتاژ مسیر زمین کابل را افزایش دهد و common-mode خطوط داده USB Hi-Speed را از محدوده قابلقبول خارج کند؛ در نتیجه ارتباط داده ناپایدار میشود. استاندارد میگوید کابلهای تأییدشده طوری مشخص شدهاند که این خطا معمولاً رخ ندهد.
Cable Type Detection
کابل Type-C استاندارد حداقل برای ۳ آمپر و ولتاژهای PD بالاتر از vSafe5V در نظر گرفته شده است. Source باید پیشنهادهای خود را به ظرفیت کابل شناساییشده محدود کند و پیش از عرضه بیش از ۳ آمپر یا بیش از ۲۰ ولت، Cable Discovery را انجام دهد.
چرا تشخیص کابل پیش از Capabilities پرتوان ضروری است؟
Sourceای که توان عرضه بیش از ۳ آمپر دارد باید نوع کابل متصل را تشخیص دهد. این کار با Discover Identity Command از طریق SOP’ و خطاب به Cable Plug انجام میشود. Cable VDO بازگشتی، بیشینه جریان و ولتاژی را مشخص میکند که میتواند در Explicit Contract برای آن کابل مذاکره شود. بنابراین محدودیت کابل بخشی از تصمیم Source برای ساخت Source_Capabilities است، نه انتخابی که Sink پس از دریافت گزینههای بیشازحد انجام دهد.
Cable Discovery معمولاً هنگام روشنشدن Source، بعد از Power Role Swap یا Fast Role Swap و نیز هنگام اعمال توان به Sink اجرا میشود. الزام زمانی روشن است: Source باید این فرایند را پیش از ارسال Source_Capabilities شامل جریان بالاتر از ۳ آمپر یا ولتاژ بالاتر از ۲۰ ولت کامل کرده باشد. Sink دارای Type-C هنگام انتخاب از میان پیشنهادهای Source فرض میکند Source از قبل ظرفیت کابل را تعیین کرده است.
یک Sink که بیت Dual-Role Power را تنظیم کرده، در پاسخ به Get_Source_Cap باید Source Capabilities کامل خود را اعلام کند و آن فهرست را بر اساس کابل فعلی محدود نکند. این نکته میان «قابلیت ذاتی دستگاه برای ایفای نقش Source» و «قابلیت قابلعرضه در اتصال فعلی پس از ارزیابی کابل» تمایز میگذارد.
چگونه یک رفتار ناموفق PD را با معماری این مقاله تحلیل کنیم؟
ابتدا باید مسیر تصمیم را از بالا به پایین دنبال کرد. آیا Local Policy دستگاه در آن لحظه توان موردنظر را مجاز میداند؟ در شارژر چندپورتی، آیا Device Policy Manager ظرفیت را به Port دیگری اختصاص داده است؟ آیا Policy Engine همان Port پیام مناسب را درخواست کرده و Protocol آن را تشکیل داده است؟ سپس باید بررسی شود PHY پیام را روی CC منتقل کرده و CRC و Collision Avoidance بدون خطا کار کردهاند یا نه.
اگر بحث EPR است، وجود آداپتور و Sink پرتوان کافی نیست. باید یک SPR Explicit Contract اولیه برقرار شده باشد، Source و Sink قابلیت EPR خود را اعلام کرده باشند، Cable Discovery پشتیبانی EPR کابل را تأیید کرده باشد و پس از ورود، پیامهای تکرارشونده ادامه یافته باشند. بازگشت ناگهانی از ولتاژ بالا به SPR میتواند با قطع این ارتباط و Hard Reset مرتبط باشد.
اگر Source بیش از ۳ آمپر یا بیش از ۲۰ ولت پیشنهاد نمیدهد، محدودیت اعلامشده کابل یکی از نقاط منطقی بررسی است. اگر در جریان زیاد ارتباط داده ناپایدار میشود ولی مسیر توان ظاهراً برقرار است، افت زمین کابل و common-mode خطوط Hi-Speed باید در مدل ذهنی باقی بماند. و اگر هیچ Advertisement یا پاسخ PD دیده نمیشود، پیش از فرض خرابی باید سناریوی اتصال مستقیم به طرف غیر-PD و بازگشت صحیح به vSafe5V را تفکیک کرد.
جمعبندی
معماری USB PD یک مدل منطقی Port-to-Port است. Device Policy Manager منابع دستگاه را مدیریت میکند، Policy Engine سیاست هر Port را اجرا مینماید، Protocol Layer پیامها را میسازد و PHY انتقال روی CC، CRC و دسترسی مشترک را بر عهده دارد.
System Policy Manager اختیاری و وابسته به ارتباط USB است؛ نبود آن مانع مذاکره مستقیم PD نمیشود. USB-C Port Control نیز Attach/Detach و Rp را به منطق دستگاه متصل میکند، درحالیکه Source و Sink مسیر توان روی VBUS را اجرا میکنند.
EPR تا ۲۴۰ وات را فراهم میکند اما فقط پس از SPR Explicit Contract و تأیید EPR بودن Source، Sink و کابل. ورود، نگهداری ارتباط و خروج در ۲۰ ولت یا کمتر همگی بخشی از ایمنی عملیاتی این Mode هستند.
Fixed Supply از نقاط ولتاژ ثابت استفاده میکند؛ PPS دامنه قابلبرنامهریزی SPR تا ۲۱ ولت دارد و در EPR موجود نیست؛ AVS در SPR و EPR بر اساس PDP تعریف میشود و در EPR میتواند تا ۲۸، ۳۶ یا ۴۸ ولت برسد.
Source باید پیش از پیشنهاد بیش از ۳ آمپر یا بیش از ۲۰ ولت، کابل را با SOP’ Discover Identity شناسایی و Capabilities را به Cable VDO محدود کند. کابل در USB PD بخشی فعال از تصمیم ایمنی Contract است.
مقاله ۴: لایه فیزیکی USB PD؛ Symbol Encoding، Ordered Set و ساختار Packet
در مقاله بعدی، Sections 5.1 تا 5.6 و صفحات ۷۹ تا ۹۰ را بررسی میکنیم: معماری PHY، کدگذاری 4b5b، Preamble، Ordered Setهای SOP*، ساختار Packet، CRC و روش ارسال و دریافت پیام روی سیم CC.