تولزبازار
USB Power Delivery چیست؟ آشنایی با هدف، دامنه و اصطلاحات پایه
1405/05/14 4 دقیقه مطالعه

USB Power Delivery چیست؟ آشنایی با هدف، دامنه و اصطلاحات پایه

مجموعه مرجع تخصصی USB Power Delivery — مقاله ۱ از ۵۲

آشنایی با USB Power Delivery؛ هدف، دامنه و واژگان بنیادین استاندارد

در نخستین مقاله این مجموعه، فصل اول مشخصات USB Power Delivery Revision 3.2, Version 1.1 را می‌خوانیم: چرا این استاندارد شکل گرفته، چه بخش‌هایی از سامانه USB را پوشش می‌دهد، چگونه باید کلمات کلیدی اجباری آن را تفسیر کرد و اصطلاحات پایه‌ای مانند Source، Sink، Contract، SPR، EPR و AMS در متن رسمی چه معنایی دارند.

دامنه این مقاله

محتوای این مقاله فقط از فصل ۱، بخش‌های 1.1 تا 1.9 و صفحات ۳۴ تا ۵۲ کتاب استخراج شده است. هدف، ایجاد زبان مشترک برای خواندن ۵۱ مقاله بعدی است؛ بنابراین هنوز وارد جزئیات لایه فیزیکی، ساختار دقیق پیام‌ها، ماشین‌های حالت یا قواعد توان نمی‌شویم و فقط تعریف‌هایی را می‌آوریم که خود فصل نخست ارائه کرده است.

USB از رابط داده به مسیر اصلی انتقال توان

فصل نخست، USB Power Delivery را با تغییر نقش USB در دستگاه‌های امروزی معرفی می‌کند.

USB در آغاز یک رابط داده بود که مقدار محدودی توان نیز فراهم می‌کرد، اما به‌تدریج به یک مسیر رایج برای تأمین و دریافت توان تبدیل شد. درگاه‌های USB در لپ‌تاپ‌ها، خودروها، هواپیماها و شارژرهای متصل به برق شهری حضور دارند و دستگاه‌های کوچک، به‌خصوص تجهیزات دستی، برای شارژ یا حتی تمام توان کاری خود به آن‌ها متکی شده‌اند. انتظار کاربر نیز فقط انتقال داده نیست؛ دستگاه باید بتواند بدون پیچیدگی اضافی، توان مناسب خود را دریافت کند و وظایف معمول USB را انجام دهد.

با این حال، توان پیش‌فرض USB برای همه تجهیزات کافی نیست. بعضی دستگاه‌ها به اتصال توان جداگانه نیاز دارند و برخی دیگر برای کارکردن باید از جریان پیش‌فرض فراتر بروند. در کنار این نیاز فنی، مدیریت بهتر انرژی نیز اهمیت دارد. استاندارد توضیح می‌دهد که محدودیت‌های مصرف از برق شهری و نیاز به بهینه‌سازی توان، انگیزه‌ای جدی برای ایجاد روشی هماهنگ‌تر در تأمین انرژی دستگاه‌ها بوده است. USB Power Delivery می‌تواند برای تجهیزاتی که نیازشان با سازوکارهای USB Battery Charging 1.2 یا قابلیت‌های پایه USB Type-C برآورده نمی‌شود، چارچوب استانداردتری ایجاد کند.

راهکارهای بی‌سیم ممکن است بخشی از کابل‌کشی داده را حذف کنند، اما نیاز به اتصال فیزیکی برای شارژ همچنان باقی می‌ماند. از سوی دیگر، طراحی صنعتی از همان کانکتور انتظار وظایف بیشتری دارد. پاسخ USB PD به این وضعیت، انتقال انعطاف‌پذیر توان در کنار داده روی یک کابل است؛ به‌گونه‌ای که اکوسیستم موجود USB حفظ شود، ولی سطح توان و موارد استفاده از محدوده استانداردهای قدیمی فراتر رود.

توان بیشتر، اما با مذاکره

استاندارد تعریف می‌کند که دستگاه‌های USB چگونه بتوانند جریان بیشتر یا ولتاژی بالاتر یا پایین‌تر از مقادیر تعریف‌شده در سازوکارهای پایه USB درخواست کنند. این مذاکره روی سیم CC کانکتور USB Type-C انجام می‌شود و نتیجه آن می‌تواند تأمین توان لازم از VBUS و ایجاد توافق میان منبع و مصرف‌کننده باشد.

جهت توان دیگر ثابت نیست

USB PD اجازه می‌دهد محصولی که توان در اختیار دارد، چه Host باشد و چه Peripheral، آن را در اختیار طرف مقابل قرار دهد. نمونه فصل اول، نمایشگری است که از برق شهری تغذیه می‌شود و می‌تواند لپ‌تاپ را روشن یا باتری آن را شارژ کند. استاندارد همچنین تعویض نقش توان، نقش داده و سمت تأمین‌کننده VCONN را تعریف می‌کند.

مدیریت توان در یک اکوسیستم، نه فقط یک شارژر و یک دستگاه

استاندارد نقش Hubها را نیز برجسته می‌کند. یک Hub، از جمله Hub تعبیه‌شده در Dock یا Monitor، می‌تواند مدیریت توان چند Peripheral را بهینه کند؛ هر دستگاه فقط توان موردنیاز خود را دریافت می‌کند و هرگاه کاربردش توان بیشتری بخواهد، امکان درخواست آن وجود دارد. به‌صورت اختیاری، Hub می‌تواند با رایانه ارتباط داشته باشد تا مدیریت توان به‌شکل هوشمندتر و انعطاف‌پذیرتر انجام شود.

این انعطاف فقط برای بارهای بزرگ نیست. دستگاه کم‌مصرفی مانند Headset نیز می‌تواند دقیقاً همان سطح توانی را که نیاز دارد مذاکره کند. بنابراین فلسفه PD صرفاً «بیشینه‌کردن وات» نیست؛ سازوکار مذاکره باید اجازه دهد هر مصرف‌کننده در سطح مناسب خود کار کند.

کانال ارتباطی Power Delivery علاوه بر مذاکره توان، برای پیام‌های استاندارد و پیام‌های تعریف‌شده توسط سازنده نیز قابل استفاده است. از طریق این کانال می‌توان قابلیت‌های کابل، از جمله سرعت‌ها و سطح جریان پشتیبانی‌شده را کشف کرد و فرایند کشف، ورود و خروج از Modeهایی مانند EPR Mode، USB4 Mode یا Alternate Modeها را انجام داد.

اصول راهنمای استاندارد

فصل اول چهار اصل را برای طراحی USB Power Delivery مشخص می‌کند.

۱. کارکرد یکپارچه با دستگاه‌های قدیمی USB.
۲. سازگاری با کابل‌هایی که با مشخصات موجود USB انطباق دارند.
۳. کاهش احتمال آسیب ناشی از کابل‌های غیرمنطبق، مانند کابل‌های Y.
۴. بهینه‌بودن برای پیاده‌سازی‌های کم‌هزینه.

همین اصول نشان می‌دهند که افزایش توان نباید با کنارگذاشتن زیرساخت موجود یا ایجاد ناسازگاری بنیادی همراه شود. USB PD به‌عنوان توسعه‌ای روی اکوسیستم USB تعریف شده است و باید در عین افزودن قابلیت‌های تازه، مسیر تعامل با تجهیزات و کابل‌های سازگار موجود را حفظ کند.

سه مدل اعلام توان برای شارژ

برای بهینه‌سازی شارژ، فصل اول سه شیوه اعلام قابلیت از سوی شارژر را معرفی می‌کند.

Fixed Supply

Source فهرستی از ولتاژهای ثابت را همراه با بیشینه جریان هرکدام اعلام می‌کند و دستگاه یکی از ولتاژها و جریان قابل‌دسترس را انتخاب می‌کند. در این مدل، الکترونیک داخلی دستگاه شارژ باتری را مدیریت می‌کند و ولتاژ و جریان واقعی باتری را تغییر می‌دهد. پیامد اشاره‌شده در کتاب، تولید گرما در مدار شارژ داخلی است که برای دستگاه‌های کوچک می‌تواند مسئله‌ساز باشد.

SPR Programmable Power Supply (PPS)

شارژر یک یا چند بازه ولتاژ قابل‌برنامه‌ریزی را همراه با بیشینه جریان اعلام می‌کند. دستگاه ولتاژی درون بازه اعلام‌شده را با گام‌های ۲۰ میلی‌ولت و یک بیشینه جریان درخواست می‌کند. شارژر PPS ولتاژ درخواست‌شده را تحویل می‌دهد و هنگامی که جریان به حد تعیین‌شده برسد، ولتاژ خروجی را کاهش می‌دهد تا از بیشینه جریان درخواست‌شده عبور نکند. این مدل می‌تواند در بخش پرجریان چرخه شارژ، با وجود مدار ایمنی مناسب، اتصال مستقیم‌تری به باتری ایجاد کند و اثر حرارتی مدار شارژ داخلی را کاهش دهد.

SPR AVS / EPR AVS

در مدل Adjustable Voltage Supply، Source بازه‌های ولتاژ قابل‌تنظیم را همراه با بیشینه جریان اعلام می‌کند. دستگاه ولتاژی داخل بازه را با گام‌های ۱۰۰ میلی‌ولت و بیشینه جریان موردنظر درخواست می‌کند و شارژر AVS همان ولتاژ درخواست‌شده را ارائه می‌دهد. فصل اول تصریح می‌کند که AVS برخلاف SPR PPS از ویژگی محدودسازی جریان PPS پشتیبانی نمی‌کند.

هدف رسمی USB Power Delivery چیست؟

مشخصات USB PD یک سامانه انتقال توان را تعریف می‌کند که همه اجزای مرتبط USB را دربر می‌گیرد: Hostها، Deviceها، Hubها، Chargerها و مجموعه کابل‌ها. دامنه فنی آن شامل معماری، پروتکل‌ها، رفتار منبع تغذیه، کانکتورها و کابل‌کشی لازم برای مدیریت توان است.

سقف توانی که فصل اول بیان می‌کند در SPR Mode تا ۱۰۰ وات و در EPR Mode تا ۲۴۰ وات است. هدف، توسعه زیرساخت موجود USB با حفظ سازگاری کامل است؛ به شکلی که سازندگان سیستم، منبع تغذیه و تجهیزات جانبی برای تنوع محصول و تمایز در بازار انعطاف کافی داشته باشند، اما سازگاری رو به عقب از دست نرود.

مذاکره توان در PD مستقل از سازوکارهای داخل مسیر داده USB 2.0 و USB 3.2 برای درخواست توان بالاتر، سازوکارهای USB Battery Charging 1.2 و سازوکارهای پایه USB Type-C عمل می‌کند. با وجود این استقلال، شرایط آغازین همچنان همان USB Default Operation است: DFP ولتاژ vSafe5V را روی VBUS تأمین می‌کند و UFP از VBUS توان می‌گیرد.

USB Default Operation → PD Negotiation → Explicit Contract → Power Delivery Operation

دامنه و مخاطبان سند

این مشخصات به‌عنوان توسعه‌ای برای USB 2.0، USB 3.2، USB Type-C و USB Battery Charging تعریف شده و فقط عناصری را پوشش می‌دهد که برای پیاده‌سازی USB Power Delivery لازم‌اند. مخاطبان اصلی آن فروشندگان منبع تغذیه و سازندگان پلتفرم‌ها، دستگاه‌ها و مجموعه کابل‌های مرتبط با این استانداردها هستند.

اطلاعات Normative برای ایجاد قابلیت همکاری میان اجزایی ارائه می‌شوند که براساس مشخصات طراحی شده‌اند. اطلاعات Informative الزام فنی ایجاد نمی‌کنند و برای نشان‌دادن نمونه‌های ممکن پیاده‌سازی به کار می‌روند. جداکردن این دو نوع متن برای خواندن صحیح تمام فصل‌های بعدی ضروری است.

نقشه کلی مشخصات USB PD

فصل اول، ساختار سند را از مقدمه تا قواعد توان و ضمیمه‌های نمونه مشخص می‌کند.

جدول نمای کلی بخش‌های مشخصات USB Power Delivery از فصل‌های ۱ تا ۱۰ و ضمیمه‌های A تا E
جدول ۱ — نقشه بخش‌ها و موضوعات اصلی مشخصات USB Power Delivery
Sections 1–2: مقدمه، قراردادهای نگارشی، اصطلاحات، نمای عملیاتی و معماری PD.
Sections 3–5: کابل‌ها و کانکتورهای قدیمی، الزامات الکتریکی و جزئیات لایه فیزیکی.
Sections 6–7: پیام‌ها، Timerها، Counterها، Stateهای Protocol و رفتار Source و Sink.
Section 8: Device Policy Manager، نمودارهای AMS و ماشین‌های حالت Policy Engine.
Sections 9–10: وضعیت‌ها، گزارش‌دهی، Descriptorها، Requestها و قواعد توان Source و Sink.
Appendices A–E: مثال CRC، نمونه‌های قدیمی Message و VDM، طراحی گیرنده BMC و مثال سیستمی FRS.
بخش مربوط به کابل‌ها و کانکتورهای USB Type-A و Type-B در این Revision منسوخ اعلام شده و برای مشخصات کانکتور قدیمی به USB PD 2.0 ارجاع می‌دهد. ضمیمه Message Sequence Examples و ضمیمه VDM Command Examples نیز در سند با وضعیت Deprecated مشخص شده‌اند.

کلمات کلیدی اجباری استاندارد

Table 1.2 سطح الزام، اختیار و نحوه برخورد با مقدارها و پیام‌ها را تعریف می‌کند.

بخش نخست جدول کلمات کلیدی اجباری استاندارد USB Power Delivery در صفحه ۳۷
ادامه جدول کلمات کلیدی اجباری استاندارد USB Power Delivery در صفحه ۳۸
جدول ۲ — کلمات کلیدی اجباری و تعاریف آن‌ها در استاندارد USB Power Delivery
کلیدواژه معنا در استاندارد
Shall / Normativeالزام اجباری برای تضمین قابلیت همکاری؛ Shall Not حالت منع‌شده و ناسازگار را بیان می‌کند.
Shouldانتخاب انعطاف‌پذیر با یک گزینه ترجیحی؛ Should Not توصیه می‌کند پیاده‌سازی مسیر مشخصی را انتخاب نکند.
Mayوجود انتخاب بدون بیان ترجیح؛ May Not نیز اختیار انجام‌ندادن آن ویژگی را نشان می‌دهد.
Optionalویژگی اجباری نیست، اما در صورت پیاده‌سازی باید دقیقاً مطابق تعریف استاندارد اجرا شود.
Conditional Normativeوقتی ویژگی وابسته پیاده‌سازی شود، رعایت الزام شرطی نیز اجباری می‌شود.
Informativeبرای افزایش درک ارائه شده و الزام مشخصی ایجاد نمی‌کند.
Deprecatedویژگی در نسخه‌های پیشین پشتیبانی می‌شده، اما دیگر پشتیبانی نمی‌شود.
Reservedبرای استانداردسازی آینده کنار گذاشته شده؛ فرستنده بیت یا فیلد Reserved را صفر می‌کند و گیرنده آن را نادیده می‌گیرد.
N/Aفیلد یا مقدار قابل‌اعمال نیست، مقدار تعریف‌شده‌ای ندارد و نباید بررسی یا استفاده شود.

Discarded

Packet دریافت‌شده در PHY کنار گذاشته می‌شود، به Protocol Layer تحویل نمی‌گردد و هیچ GoodCRC در پاسخ به آن ارسال نمی‌شود.

Ignored

Message نادیده‌گرفته‌شده فقط با GoodCRC تأیید می‌شود و اقدام ویژه‌ای ایجاد نمی‌کند؛ اگر تنها یک فیلد Ignored باشد، سایر بخش‌های پیام عادی پردازش می‌شوند.

Invalid

Packet یا Signaling خارج از کاربرد تعریف‌شده است؛ برای Contract نیز حالتی را بیان می‌کند که Source دیگر نمی‌تواند توافق قبلی را حفظ کند.

قرارداد نمایش اعداد

استاندارد برای جلوگیری از ابهام، پایه عدد را با پسوند یا پیشوند مشخص می‌کند. حرف کوچک b بعد از عدد، مقدار باینری را نشان می‌دهد؛ حرف بزرگ B به معنی مقدار برحسب Byte است؛ حرف کوچک h یا پیشوند 0x مقدار هگزادسیمال را مشخص می‌کند. عددی که هیچ‌کدام از این نشانه‌ها را نداشته باشد، ده‌دهی است.

01b → Binary
4B → Bytes
3Ah → Hex
0xFF00 → Hex

USB PD در کنار چه اسنادی خوانده می‌شود؟

فصل اول فهرستی از اسناد مرتبط ارائه می‌کند و تصریح دارد که ارجاع‌ها همه ECNها و Errataهای تصویب و منتشرشده را نیز دربر می‌گیرند. این فهرست نشان می‌دهد USB PD سندی جدا از اکوسیستم USB و الزامات ایمنی نیست، بلکه برای بعضی تعریف‌ها و رفتارها به اسناد مکمل ارجاع می‌دهد.

در گروه USB، اسناد USB 2.0، USB 3.2، USB4، USB Type-C، USB Battery Charging، USB PD 2.0، مشخصات آزمون انطباق PD، Firmware Update، Type-C Authentication و Type-C Bridge قرار دارند. برای Alternate Mode نیز سند DisplayPort Alt Mode و بخش Thunderbolt 3 در USB4 ذکر شده‌اند.

فهرست همچنین استانداردهای IEC مرتبط با ایمنی تجهیزات و انتقال توان، IEC 63002 برای قابلیت همکاری منبع تغذیه خارجی و ISO 3166 برای کدهای کشور را شامل می‌شود. مقاله حاضر محتوای این اسناد را وارد بحث نمی‌کند؛ فقط جایگاه آن‌ها را مطابق فهرست منابع خود فصل نخست مشخص می‌کند.

نقش‌ها و موجودیت‌های اصلی

Table 1.4 زبان مشترک استاندارد را می‌سازد. نخست باید نقش توان، نقش داده و جایگاه Port را از هم جدا کنیم.

Source / Sink

Source نقشی است که توان را روی VBUS تأمین می‌کند و Sink نقشی است که آن را مصرف می‌کند. Source اغلب Host یا Downstream Facing Port یک Hub است و Sink اغلب Device است، اما PD اجازه می‌دهد نقش توان مستقل از تصور سنتی Host و Peripheral تغییر کند.

Provider / Consumer

Provider پورتی است که می‌تواند روی رسانای توان، مانند VBUS، توان بدهد و Consumer پورتی است که توان می‌گیرد. Provider/Consumer و Consumer/Provider به قابلیت Dual-Role Power اشاره دارند، اما ترتیب نام نشان می‌دهد Port در همان لحظه کدام نقش را اجرا می‌کند.

DFP / UFP

DFP و UFP جایگاه Port در توپولوژی USB را بیان می‌کنند. DFP معمولاً به Host Root Port یا Downstream Port یک Hub مربوط است و در اتصال، به‌طور پیش‌فرض Source و Host است. UFP معمولاً Port یک Device است و در اتصال، به‌طور پیش‌فرض Sink و USB Device است.

DRP / DRD

Dual-Role Power توانایی کارکردن به‌عنوان Source یا Sink است و Dual-Role Data توانایی کارکردن به‌عنوان DFP یا UFP را نشان می‌دهد. تغییر نقش توان، تغییر نقش داده و تغییر VCONN Source فرایندهای جداگانه‌اند.

مذاکره، Contract و قابلیت‌های توان

Negotiation فرایندی سه‌مرحله‌ای است: Source قابلیت‌های خود را Advertise می‌کند، Sink یکی از قابلیت‌های اعلام‌شده را درخواست می‌کند و Source پس از پذیرش، خروجی را برای پاسخ‌دادن به درخواست تغییر می‌دهد و آماده‌بودن آن را اعلام می‌کند. نتیجه این فرایند یک Contract برای انتقال و مصرف توان میان Port Pair است.

Explicit Contract پس از Request و پاسخ Accept شکل می‌گیرد و با پیام PS_RDY از سوی Source تثبیت می‌شود. اگر یکی از دو Port بخواهد توافق را تغییر دهد، Re-negotiation انجام می‌شود. در مقابل، Implicit Contract توافق موقت توانی است که بر اثر Power Role Swap یا Fast Role Swap شکل می‌گیرد و باید بلافاصله با مذاکره یک Explicit Contract جایگزین شود؛ این توافق موقت به جریان USB Type-C محدود است.

Source و Sink قابلیت‌های خود را با Power Data Objectها اعلام می‌کنند. PDO برای Fixed Supply، Variable Supply و Battery Supply تعریف شده و APDO برای منبع قابل‌برنامه‌ریزی یا قابل‌تنظیم به کار می‌رود. عبارت (A)PDO در استاندارد به PDO و APDO به‌صورت جمعی اشاره می‌کند. Sink نیز درخواست خود را با Request Data Object در Request یا EPR_Request بیان می‌کند.

1. Source Advertises
2. Sink Requests
3. Source Accepts + PS_RDY

تفاوت مفهومی SPR و EPR

Standard Power Range (SPR)

در SPR Mode، Contractهای صریح با Source_Capabilities و Request مذاکره می‌شوند. SPR Fixed Supply تا ۲۰ ولت و حداکثر ۱۰۰ وات را دربر می‌گیرد. Variable Supply، Battery Supply، SPR PPS و SPR AVS نیز در تعریف SPR (A)PDO حضور دارند و سقف‌های ولتاژ و توان هرکدام مطابق تعریف خودشان اعمال می‌شود.

Extended Power Range (EPR)

EPR محدوده توان را از بیشینه ۱۰۰ وات SPR تا ۲۴۰ وات گسترش می‌دهد و بیشینه ولتاژ مجاز آن ۴۸ ولت است. ورود به EPR Mode به EPR Source، EPR Sink و EPR Cable نیاز دارد و فقط به درخواست Sink انجام می‌شود. در این Mode، مذاکره Contractهای EPR فقط با EPR_Source_Capabilities و EPR_Request انجام می‌شود.

EPR Capabilities ابتدا هفت جایگاه را با همان SPR (A)PDOهای پیام‌های قابلیت SPR پر می‌کند و EPR (A)PDOها از جایگاه هشتم آغاز می‌شوند. EPR Fixed Supply ولتاژهای ۲۸، ۳۶ یا ۴۸ ولت را ارائه می‌کند و EPR AVS می‌تواند تا سقف ۲۴۰ وات کار کند.

از Packet و Message تا AMS

Packet یک واحد کامل ارتباط PD است که Preamble، نشانگر SOP*، Payload، CRC و EOP را دربر می‌گیرد. Message بخشی از Payload است و بسته به نوع خود می‌تواند فقط Message Header یا Header همراه با Data Objectها و Data Blockها داشته باشد. Protocol Layer پیام‌ها را شکل می‌دهد و PHY Layer آن‌ها را روی سیم CC ارسال و دریافت می‌کند.

SOP برای ارتباط میان Port Partnerها استفاده می‌شود. SOP’ و SOP’’ ارتباط با Cable Plugها را ممکن می‌کنند و SOP* اصطلاح عمومی برای هر سه نوع است. Preamble دنباله ۶۴ بیتی متناوب صفر و یک است که گیرنده را برای قفل‌شدن روی حامل آماده می‌کند. Signaling نیز برای رویدادهایی مانند Hard Reset از Preamble و Ordered Set چهار K-code تشکیل می‌شود.

Atomic Message Sequence یا AMS یک توالی ثابت از پیام‌هاست که معمولاً از یکی از Stateهای آماده Source، Sink یا Cable آغاز می‌شود و به State آماده بازمی‌گردد. AMS غیرقابل‌وقفه است و دریافت پیام غیرمنتظره در جریان آن Protocol Error محسوب می‌شود. این خطا می‌تواند به Soft Reset یا Hard Reset منتهی شود.

Soft Reset

Soft Reset موتور ارتباطی PD را به حالت پیش‌فرض خود بازمی‌گرداند. این تعریف روی بازنشانی ارتباط تمرکز دارد و با Hard Reset که رفتار توان و نقش‌ها را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد یکسان نیست.

Hard Reset

Hard Reset با Signaling ویژه آغاز می‌شود، VBUS را به USB Default Operation بازمی‌گرداند، موتور ارتباط PD دو Port Partner و Cable Plugهای متصل را Reset می‌کند، نقش‌های داده را به حالت پیش‌فرض برمی‌گرداند و VCONN Source را دوباره به Source Port واگذار می‌کند.

Policy، Policy Engine و مدیریت چند Port

Policy رفتار بخش‌های PD یک سامانه را تعیین می‌کند: چه قابلیت‌هایی اعلام شوند، چه درخواست‌هایی برای مذاکره یا مذاکره مجدد ارسال شود و دستگاه چگونه به درخواست‌های دریافتی پاسخ دهد. هر دستگاه PD یک Local Policy دارد که Policy Engine آن را برای Port اجرا می‌کند.

Policy Engine ورودی Device Policy Manager را تفسیر می‌کند و Protocol Layer را برای ارسال پیام‌های مناسب هدایت می‌نماید. Device Policy Manager می‌تواند Policy چند Port را در سطح یک Source یا Sink هماهنگ کند. در سطح بالاتر، System Policy Manager روی USB Host قرار می‌گیرد و System Policy را از طریق ارتباط با Consumerها و Providerهای PD اعمال می‌کند.

این تفکیک به‌خصوص برای شارژرهای چندپورتی معنا دارد. Guaranteed Capability Port همواره می‌تواند Port Maximum PDP خود را ارائه کند، مگر آنکه قابلیت کابل محدودیت ایجاد کند. Managed Capability Port می‌تواند Port Present PDP متفاوت و متغیری داشته باشد. در نتیجه ظرفیت اعلام‌شده یک Port لزوماً در همه معماری‌های چندپورتی ثابت نیست.

کابل، VCONN و کشف هویت

Active Cable در تعریف استاندارد، مدارهای شرطی‌سازی سیگنال باس داده را در خود دارد؛ Passive Cable چنین مداری ندارد. هر دو نوع کابل موردنظر این سند می‌توانند Electronically Marked باشند و با Structured VDM Discover Identity ویژگی‌های خود را اعلام کنند. Active Cable VDO و Passive Cable VDO قالب داده‌ای مشخصات هر نوع کابل هستند.

پس از برقراری اتصال، پین CC استفاده‌نشده در سمت Receptacle می‌تواند برای تأمین VCONN بازاستفاده شود تا مدارهای Cable Plug، VCONN Powered Accessory یا VCONN Powered USB Device را تغذیه کند. پورتی که این توان را ارائه می‌کند VCONN Source است و VCONN Swap فرایند جابه‌جایی این نقش میان Port Partnerهاست.

Discovery Process مجموعه‌ای از Structured VDMهاست که به شناسایی Port Partner و Cable Plug، SVIDهای پشتیبانی‌شده و Alternate Modeها منتهی می‌شود. Vendor Defined Message می‌تواند Structured باشد که Commandهای آن در استاندارد تعریف شده‌اند، یا Unstructured باشد که ساختار بخش Vendor آن را سازنده تعیین می‌کند. Vendor Defined Extended Message نیز قالب داخلی از پیش تعریف‌شده‌ای ندارد.

پارامترها، تغییر Revision و سازگاری

مقادیر پارامترها در این مشخصات به‌صورت مقدار مطلق بیان می‌شوند. برای جزئیات روش اندازه‌گیری هر پارامتر در آزمون انطباق، فصل نخست به USB Power Delivery Compliance Test Specification ارجاع می‌دهد. بنابراین مقدار تعریف‌شده در متن و روش آزمون آن دو موضوع مرتبط اما جدا هستند.

تغییر اصلی که این فصل برای Revision 3.0 بیان می‌کند، افزوده‌شدن Extended Power Range شامل Adjustable Voltage Supply است. در عین حال، Revision 3.2 برای تعامل کامل با سامانه‌های USB PD 2.0 که از BMC روی کانکتور USB Type-C استفاده می‌کنند طراحی شده و با سخت‌افزار Revision 2.0 سازگار است.

Revision و Version یک معنا ندارند

Revision انتشار اصلی مشخصات USB PD است و هر Revision می‌تواند Versionهای گوناگون داشته باشد. Revision 1.0 منسوخ، Revision 2.0 جایگزین‌شده ولی سازگار، و Revisionهای 3.x نسل جاری تعریف‌شده در فصل نخست هستند.

نکته محوری مقاله نخست
USB Power Delivery فقط افزایش وات نیست؛ یک سامانه کامل برای اعلام قابلیت، مذاکره Contract، مدیریت نقش‌های توان و داده، ارتباط با کابل و اجرای Policy است.

جمع‌بندی

فصل نخست USB PD را توسعه‌ای سازگار با اکوسیستم USB معرفی می‌کند که مذاکره جریان و ولتاژ، انتقال توان تا ۱۰۰ وات در SPR و تا ۲۴۰ وات در EPR، جابه‌جایی نقش‌ها و تبادل پیام‌های جانبی را ممکن می‌سازد.

خواندن صحیح استاندارد به درک قواعد تقدم، تفاوت Normative و Informative و معنی دقیق Shall، Should، May، Optional، Reserved، Discarded، Ignored و Invalid وابسته است.

اصطلاحاتی مانند Source، Sink، DFP، UFP، Contract، PDO، APDO، SOP*، AMS، Policy Engine، VCONN و VDM اجزای یک زبان منسجم‌اند. در مقاله‌های بعدی هرکدام از این مفاهیم در ساختار عملیاتی، لایه فیزیکی، Protocol و Policy Engine دنبال خواهند شد.

ادامه مجموعه

مقاله ۲: قرارداد توان، نقش‌ها، دستگاه‌های PD و ارتباط SOP*

در مقاله بعدی، Sections 2.1 تا 2.5 را بررسی می‌کنیم: شکل‌گیری Contract عملیاتی، روند کلی مذاکره، انواع دستگاه‌های PD، ارتباط با Port Partner و Cable Plug و رفتار پایه Source و Sink.

مرجع اصلی مقاله
Universal Serial Bus Power Delivery Specification, Revision 3.2, Version 1.1, 2024-10 — Section 1, Sections 1.1–1.9, Pages 34–52; Tables 1.1–1.4

دیدگاه‌ها (0)

برای ثبت دیدگاه لازم است

هنوز دیدگاهی برای این مقاله ثبت نشده است.