Type-C与既有的USB Type-A与USB Type-B相比，具备无方向性的插拔、并能同时进行数据传输、影音输出及电源传递。 凭借以上优势，Type-C在许多消费性产品上成为主要的连接装置。 然而消费者无法从Type-C的物理外观判断何者是主控端(例如计算机或笔电)或设备端(例如手机或随身碟)，这点与传统接口有显著差异(传统上Type-A即是主控端，USB Micro-B是设备端)：因此，Type-C与USB Power Delivery(以下简称USB PD)规范定义了数种双模式的角色，用以解决各种设备相互连接时可能产生的问题。

对于装置上设计的Type-C为单纯主控端(Source/SRC)，与单纯设备端(Sink/SNK)，在使用上不会造成困扰：消费者将两个Type-C装置相连，若一端是主控端，而另一端是设备端，即能正常操作；若两者皆是主控端或皆为设备端，则装置将无法建立联机。 然而，便携设备需要支持两种模式，与计算机相连时应作为设备端，与随身碟或耳机相连时则转换角色作为主控端；在USB Type-C Specification Version 1.0(以下简称Type-C V1.0)即导入了Dual Role Port的概念，用以决定主控端与设备端，解决设备与装置连接时产生的问题。

基本上，Type-C V1.0的DRP装置，会不断地在主控端与设备端之间切换自身角色，直到联机建立。 例如：连接至Type-C主控端，DRP装置及切换至设备端并建立链接；同样的，连接至Type-C设备端，DRP装置则切换为主控端并建立链接。

若双方皆为Type-C DRP装置时，双方便会在主控端与设备端的角色来回切换。 切换的时间点与角色，就像是掷铜板般随机，只有当切换的联机建立成功时，两端的关系才底定。 这样的模式，对消费者会造成莫大困扰，例如同为Type-C DRP的手机与行动电源相连接，会有下面两种可能：行动电源帮手机充电，或手机帮行动电源充电，端看在连接时哪一个装置被识别成功为主控端。 然而手机帮行动电源充电是不符合实际使用情境的。 消费者必须重新插拔装置以进行再次识别。

为了解决上述配对的问题，USB Type-C Specification Version 1.1(以下简称Type-C V1.1)引入了Try.SRC和Try.SNK这两种Type-C DRP角色。

Type-C设备的供电优先级依序为：Source only>Try.SRC>DRP>Try.SNK>Sink only。 建议不同装置采用的默认角色如下表1。

Try.SRC DRP装置，在Source与Sink两种角色之中，即便初步已经判定进入Sink状态后，仍会尝试将自己切换为Source的角色，看对方会否会由Source转换进入Sink模式(或维持Source模式)。 而Try.SNK DRP装置**次判断进入Source状态时，会尝试将自己切换为Sink的角色，看对方是否会进入Source模式。 使用这两个新增的功能，对便携设备正确扮演特定角色而言极度重要，即可避免先前提及的错误给电情境，将手机正确设定为Try.SNK，而行动电源设定为Try.SRC，行动电源较手机有优先供电的权力，可避免两装置链接时由手机供电给行动电源的情形。

威锋电子的VP240(Type-C DRP控制芯片)支持Source Only、Try.SRC、Try.SNK、Sink only四种角色，并支持角色动态设定、3A/1.5A/Default三种电力设定，可依装置当下的状况，动态调整供电能力，适用于各种Type-C DRP产品，如：行动电源、USB OTG装置等，采QFN16封装。 另外有一颗专门为Type-C行动电源设计简化版的VP242(Type-C Power Bank DPR控制芯片)支持Try.SRC的角色与3A的电力设定，支持一个Type-C埠和一个Type-A埠。 Type-C埠支持Try.SRC DRP，Type-A埠则支持BC 1.2/Apple 2.4A/Samsung 2A充电模式，采DFN10封装。

当用户将两个Type-C装置连接，会先用Type-C沟通模式工作，完成连接后进而试着用USB PD模式沟通。 两端皆支持的情形下，即切换至USB PD的模式下进行电压电流的沟通。 DRP的规范在USB PD下也有不同定义，USB PD有三种双模式：Power Role Swap、Data Role Swap、Vconn Role Swap，以供应Vbus电力/数据主从关系与供应Vconn电力来分类，而这三种双模式的切换，均是以USB PD的协议与对接装置达成角色的变换。

Power Role Swap是用来变换电力的供需角色：电力供应者(Power Provider)或电力消费者(Power Consumer)。 其沟通协调的过程主要分为四个阶段：

1.某一端发送PR_Swap message。

2.另一端发送Accept message以响应PR_Swap message。

3.原本的Power Provider放电，将输出电压降至vSafe 0V，再将CC pin的Rp切换成Rd，进而发出PS_RDY message。

4.原本的Power Consumer将CC pin的Rd切换成Rp，变成Power Provider，输出5V电压，发出PS_RDY message。

Dual Role Data是用来变换数据交换时的主(Host, 主控)从(Device, 装置)角色。 例如手机与平板连接，无论以手机读取平板的数据，或从平板读取手机数据，若两个装置均支持Dual Role Data，即可互相读取。 其沟通协调过程主要分为三个阶段：

1.上行埠(Upstream Facing Port, UFP)发送DR_Swap message。

2.下行埠(Downstream Facing Port, DFP)发送 Accept message以响应DR_Swap message。

3.DFP收到DR_Swap的GoodCRC之后，原本的UFP在发出GoodCRC后在一定时间内，变换成DFP。

Vconn电源的设计是用来提供电源给Type-C数据线中的E-Marker使用，E-Marker则是类似连接线的身份证，提供连接线电压电流或传输速度等数据。 Vconn Role Swap是变换角色以读取E-marker的讯息。 由于仅Vconn Source可读取缆线中的E-maker，若Vconn Sink要读取E-marker的讯息，需先变换成Vconn供电角色。 Vconn Role Swap的沟通协调过程主要分为四个阶段：

1.Vconn Source发送Vconn_Swap message。

2.Vconn Sink发送Accept message以响应Vcon_Swap message。

3.Vconn Sink收到 Accept message的GoodCRC，开始发出Vconn Power变成Vconn Source，并发出PS_RDY message。

4.原本的Vconn Source在收到PS_RD message后，停止Vconn power输出，变成Vconn Sink。

在Vconn Role Swap过程中，双方的DFP/UFP与Power Source/Power Sink应保持不变，在CC pin上的Rp/Rd电阻也应保持不变。 Vconn Role Swap的过程中，Vconn电力应持续供应至缆线插头。 由于只有DFP能发出AMS(Atomic Message Sequence)给E-marker，如果UFP目前正是Vconn Source，要发出Cable Reset信号，DFP应先执行Vconn Role Swap再产生Cable Reset信号。

由PD供电的USB装置失去其电力来源时，Power Role Swap的过程太长耗尽电力而造成的数据联机中断，而突然失去电力来源有诸多原因，有可能是线缆突然被拔除、处理Hard Reset或Error Recovery等，造成供电中断。 在USB PD 3.0规范中，Power Role Swap即增加了Fast Role Swap，用以解决该问题。

以一个PD Charging集线器来说，其DFP可接受来自PD充电器的供电，变成Self-Powered Hub，为其UFP&DFP埠供应电力。

移除PD充电器后，集线器接受来自笔电的供电，转为Bus Powered Hub。 但集线器内部的芯片需要电力，其他下行DFP所接的设备也需要电力，而过去Power Role Swap需耗费较长的时间，导致电力在电源角色转换中完全消耗殆尽，造成装置因为没电重启的状况，或是联机的装置因为掉电失去连接，这些都需要更短的Power Role Swap时间进行改善，也就是Fast Role Swap被设计出来的原因。

当集线器的UFP停止供电，且Vbus电压低于原本供电电压的有效值，此时UFP应发起Fast Role Swap message给笔电。 过程中，集线器之UFP不应启动放电功能，当UFP Vbus的电压低至vSafe 5V，此时发出PS_RDY message给笔电请求提供电力。

在Fast Role Swap后，集线器的UFP汲取电力将依照笔电Type-C埠之Rp电力宣告，再依后续的PD协议而定。 即使Vbus电压低于vSafe5V，在Fast Role Swap过程中，笔电不会中断与集线器的链接，可避免联机中断的问题。

Fast Role Swap的过程主要为下列四个阶段：

1.若主控端支持Fast Role Swap功能，集线器的UFP侦测到电压低于供电有效值，发起Fast Role Swap信号，将CC1/CC2迅速拉到地并且放开。

2.笔电的DFP侦测到Fast Role Swap信号，在一定的时间内发出Fast Role Swap message，并准备提供电力。

3.集线器的UFP发出Accept message响应笔电DFP发出的Fast Role Swap message，当Vbus电压低至vSafe5V，将Rp切换成Rd并发出PS_RDY message。

4.笔电的DFP侦测到Vbus电压低于vSafe5V，将Rd切换成Rp，并提供5V电力，Vbus低于vSafe5V的时间需少于150uS。 收到集线器UFP发出的PS_RDY message之后，笔电的DFP发出PS_RDY message给集线器的UFP。

威锋电子产品VP230(Type-C Port Controller for USB PD)是一个基于TCPC(Type-C Port Controller)接口的PD控制芯片。 支持Power Role Swap、Data Role Swap、Vconn Role Swap、Fast Role Swap等PD3.0的芯片。 其Fast Role Swap功能支持硬件触发机制，内建ADC，可侦测Vbus和电源供应端的电压变化，只要设定Source端提供的电压低至该电压之有效值，可自动产生Fast Role Swap信号，整个过程时间低于100uS。 如图1中的VL212(USB 3.1 Gen1 hub)或VL821(USB 3.1 Gen2 hub)整合应用于PD Charging，可直接执行Fast Role Swap，有效降低因供电中断造成数据联机也跟着中断的风险。

图1 PD Charging集线器

Type-C和USB PD所制定的DRP双模式规范，业界已有对应量产的产品。 相关芯片商正致力协助制订规格，与开发确实符合规格并能通过协会认证的产品，提供客户*完整的服务。

(本文作者任职于威锋电子)