USB OTG  HUB TYPE_C等知识介绍

一、USB OTG技术介绍

1、OTG技术简介

        OTG设备使用插头中的ID引脚来区分A/B Device，ID接地被称作为A-Device,为连接时候的USB Host，A-Device始终为总线提供电力，ID悬空被称作为B-Device,为连接时候的USB Device，设备的USB Host/USB Device角色可以通过HNP切换。

        OTG设备连接时不能跨越USB Hub，如果跨越USB Hub则失去HNP功能。这里要注意A-Device/B-Device与USB Host/Device不是一回事，没有必然的绑定关系A-Device就一定要是Host，A-Device只是连接时的Host可以通过HNP切换，切换完毕A-Device变成USB
       Device但是仍然为总线提供电力。

2．设备类型

Embedded Host：提供标准的A插座，普通的USB Host并带有TPL（支持设备列表）
OTG Device：使用Micro AB插座，可以在运行时切换Host/Device。
仅外设B-Device：仅仅能作为外设的B-Device（分为插头一体和插头线缆分离的）。

注意：OTG Device在插头插入后会先打开VBus，如果没有设备连接则关闭VBus，并开启ADP侦测，而Embedded Host则不会再次关闭VBus。

3．协议

（1）、SRP（Session Request Protocol）：
B-Device使用。通过数据线上的脉冲，请求A-Device打开VBUS并且开始一个Session。Session为从VBUS打开到关闭这一段时间。

支持：A-Device允许回应SRP，B-Device（包括仅能作为外设的B-Device），允许发起SRP。一个能够支持HNP的B-
Device应该能够发起SRP。当A插头插入时关闭VBus的Host必须支持回应SRP，VBus总是打开的Host不必响应SRP。

（2）、ADP（Attach Detection Protocol）：
提供设备检测是否有对端设备插入。

支持：任何OTG设备，Embedded Host，支持SRP的B-Device允许ADP Probing，B-Device和仅能作为外设的B-Device还必须支持ADP Senseing如果他们支持ADP Probing。

（3）、HNP（Host Negotiation Protocol）：
OTG设备通过HNP来切换Host/Device角色。

当前的USB Host通过HNP Polling（类似Polling Hub）通过轮询GetStatus（）命令返回的数据中的Host request flag查询对端设备是否请求变为Host，Polling间隔为1-2秒。

当当前的USB Host决定允许B-Device转变为Host以后通过SetFeature()打开b_hnp_enable，本次Session结束后Host回到A-Device手里。

4．一般连接过程（Host -> Device）

（1）、OTG Device /Embedded Host 与 仅作为外设的B-device（带A插头型）

Host端检测到A插头插入，停止ADP，打开VBus，因为B-Device的A插头与设备作为一体，此时B-Device必定与A插头连接，Host检测到外设连接，开始枚举。
 
OTG Device/Embedded Host 与 仅作为外设的B-device（A插头为线缆连接）

Host段检测到A插头插入，停止ADP，打开VBus，如果B-Device是线缆连接完毕在将A插头插入则整个连接过程与上面无异，因为此
时B-Device可能还没有插入插头，则设备连接超时，VBus再次关闭，等待下一次ADP的改变（线缆连接完毕），再次打开VBus，此时开始正常总
线枚举。

（2）、OTG Device 与 OTG Device

Host端检测到插头插入，则打开VBus，如果没有外设检测到，则关闭VBus，打开ADP
Probing，Device端检测到插头插入，则打开SRP，如果线缆没有插入，则SRP超时，Device端开始进行ADP
Probing，当线缆连接完毕，Device端侦测到ADP变化，发送SRP请求Host打开VBus，Host回应SRP并且打开VBus，完成设备
连接。

二、USB Type-C

  USB Type-C凭借其自身强大的功能，在Apple， Intel， Google等厂商的强势推动下，必将迅速引发一场USB接口的革命，并将积极影响我们日常生活的方方面面。为了能够使自己的设备兼容这些接口，通常需要增加一个TYPEC接口CC逻辑控制芯片，但其实并不是每一种设备都需要增加CC逻辑控制芯片(例如： Legendary Technology LDR6013)。本文讨论一个重要的专业问题：USB Type-C设备到底是否需要CC逻辑检测与控制芯片?

　　要回答这个问题，我们得先从基本概念谈起。

　　DFP(Downstream Facing Port)：

　　下行端口，可以理解为Host，DFP提供VBUS，也可以提供数据。典型的DFP设备是电源适配器，因为它永远都只是提供电源。

　　UFP(Upstream Facing Port)：上行端口，可以理解为Device，UFP从VBUS中取电，并可提供数据。典型设备是U盘，移动硬盘，因为它们永远都是被读取数据和从VBUS取电，当然不排除未来可能出现可以作为主机的U盘。

　　DRP(Dual Role Port)：双角色端口，DRP既可以做DFP(Host)，也可以做UFP(Device)，也可以在DFP与UFP间动态切换。典型的DRP设备是电脑(电脑可以作为USB的主机，也可以作为被充电的设备(苹果新推出的MacBook)，具OTG功能的手机(手机可以作为被充电和被读数据的设备，也可以作为主机为其他设备提供电源或者读取U盘数据)，移动电源(放电和充电可通过一个USB Type-C，即此口可以放电也可以充电)。

　　CC(Configuration Channel)：配置通道，这是USB Type-C里新增的关键通道，它的作用有检测USB连接，检测正反插，USB设备间数据与VBUS的连接建立与管理等。

　　USB PD(USB Power Delivery)：PD是一种通信协议，它是一种新的电源和通讯连接方式，它允许USB设备间传输最高至100W(20V/5A)的功率，同时它可以改变端口的属性，也可以使端口在DFP与UFP之间切换，它还可以与电缆通信，获取电缆的属性。

　　Electronically Marked Cable：封装有E-Marker芯片的USB Type-C有源电缆，DFP和UFP利用PD协议可以读取该电缆的属性：电源传输能力，数据传输能力，ID等信息。所有全功能的Type-C电缆都应该封装有E-Marker，但USB2.0 Type-C电缆可以不封装E-Marker.

　　USB Type-C设备DFP-to-UFP配置流程与VBUS管理有如下主要流程：

　　设备连接与分开检测：DFP需要检测到CC管脚上有某个电压时，判断UFP设备已插入或拔出，来提供和管理VBUS.当没有UFP设备插入时，必须关闭VBUS，这是与现有电源适配器最大的不同点。因此所有的DFP设备需要CC逻辑检测与控制芯片以及VBUS开关电路。

　　插入方向检测：如图1，虽然USB Type-C插座和插头的两排管脚上下对称，USB数据信号都有两组重复的通道，但主控芯片通常只有一组TX/RX和D+/-通道。由于USB2.0的数据率最高只有480Mbps，可以不考虑信号走线的阻抗连续性而得到较好地数据传输质量，因此USB2.0的D+/-信号可以不被MUX控制而直接从主控芯片一分二连接至USB Type-C插座的两组D+/-管脚上。但USB3.0或者USB3.1的数据率高达5Gbps或者10Gbps，如果信号线还是被简单地一分二的话，不连续的信号线阻抗将严重破坏数据传输质量，因此必须由MUX切换来保证信号路径阻抗的一致性，以确保信号传输质量。下图中右侧所示的MUX从TX1/RX1和TX2/RX2中选择一路连接至主控芯片，而这个MUX就必须被CC Logic控制。

因此，在USB2.0应用中，无需考虑方向检测问题，但USB3.0或者USB3.1应用中，必须考虑方向检测问题。

但必须注意的是在USB3.0/USB3.1的应用中，有一种情况也可以不需要MUX，即不需要方向检测，如图2所示，不管是正插还是反插，左侧主机都可以根据CC管脚上的状态来切换MUX来连通USB3.0/USB3.1信号。此场景发生在右侧设备永远是UFP的情况下，比如U盘，移动硬盘等。

　　因此，USB3.0/USB3.1应用中，除UFP设备以外的所有设备都需要CC逻辑检测与控制芯片。

建立DFP-to-UFP和VBUS管理与检测

　　DRP在待机模式下每50ms在DFP和UFP间切换一次。当切换至DFP时，CC管脚上必须有一个上拉至VBUS的电阻Rp或者输出一个电流源，当切换至UFP时，CC管脚上必须有一个下拉至GND的电阻Rd.此切换动作必须由CC Logic芯片LDR6013来完成。

　　当DFP检测到UFP插入之后才可以输出VBUS，当UFP拔出以后必须关闭VBUS.此动作必须由CC Logic芯片来完成。

　　USB Type-C VBUS电流检测与使用

　　USB Type-C中新增了电流检测与使用功能，新增三种电流模式：默认的USB电源模式(500mA/900mA)，1.5A，3.0A.三种电流模式由CC管脚来传输和检测，对于需要广播电流输出能力的DFP而言，需要通过不同值的CC上拉电阻Rp来实现;对于UFP而言，需要检测CC管脚上的电压值来获取对方DFP的电流输出能力。

　　USB PD通讯

　　USB PD看似只是电源传输与管理的协议，实际上它可改变端口角色，可与有源电缆通讯，允许DFP成为受电设备等诸多高级功能，因此支持PD的设备必须采用CC Logic芯片。

　　发现与配置扩展其它外设(Audio，Debug)

　　USB Type-C支持语音附件以及Debug模式，USB Type-C接口的耳机如果只作为UFP且因为其功耗较小而无需检测DFP的供电能力时，无需CC Logic芯片。

　　综上，所有的DFP(如电源适配器)，所有的DRP(如电脑，手机，平板，移动电源)，所有需要检测DFP电流输出能力的UFP，所有支持PD的设备，都需要CC逻辑检测与端口控制芯片(例如: Legendary Technology的LDR6013)。换句话说，只有因为功耗较低而不需要检测电流能力的UFP(U盘，耳机，鼠标等)才不需要CC逻辑检测端口控制芯片。