USB PD應(yīng)用中的安全設(shè)計(jì)

USB Type-C和USB PD的應(yīng)用可以說才剛剛開始，現(xiàn)在就談它的安全問題似乎有點(diǎn)多余，因?yàn)槎鄶?shù)人都還沒有遇到，不會把這個(gè)問題放在心上，但對真正的業(yè)內(nèi)人士來說，這絕不是一個(gè)毫無意義的話題。

相比過去的USB應(yīng)用來說，USB Type-C接口和USB PD協(xié)議顯然要復(fù)雜得多，能力也強(qiáng)得多，其實(shí)現(xiàn)形式也多種多樣，這就帶來不同產(chǎn)品之間的兼容性問題。2015年，相關(guān)組織和企業(yè)在美國進(jìn)行了一次所謂的“插拔大會”，會上把各家?guī)淼漠a(chǎn)品放在一起進(jìn)行相互的插拔試驗(yàn)以檢驗(yàn)其兼容能力，結(jié)果在離開的時(shí)候只有三家公司的6個(gè)樣品還活著，其他的樣品都在插拔過程中死掉了，這就給眾多的參與者提了一個(gè)醒，在參與這樣的應(yīng)用時(shí)應(yīng)該把安全放在第一位，否則，即使你的產(chǎn)品功能再好，一樣會在使用中很快死掉，最終也會退出市場，甚至可能讓你賠得傾家蕩產(chǎn)。

USB PD的應(yīng)用給使用USB Type-C接口的應(yīng)用帶來了一個(gè)很大的變化，就是其接口上傳遞的電源電壓可以高達(dá)20V，電流可高達(dá)5A，最多可以傳送100W的功率給受電端使用，大大拓展了USB接口的應(yīng)用范圍。但是，USB Type-C接口上的VBUS和CC端之間的距離太近了，它們實(shí)際上就緊靠在一起，如下圖所示：

這是USB Type-C插座的腳位分布圖，其中的VBUS就是最高電壓達(dá)20V（現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到21V）的承載端。CC1和CC2都是CC的備選端，其選中與否由插頭插入的方向決定，被選中者作為CC使用，成為設(shè)備與電纜及另一設(shè)備通訊交流的渠道，其信號的最高電壓為5V，剩下的另一個(gè)端子就成為VCONN端，供電端借此端子向電纜的內(nèi)部電路供電。

由于CC上的最高電壓為5V，很多接口器件就會采用比5V工作電壓稍高的設(shè)計(jì)和制程來制作，一旦VBUS和它短路，高電壓就會進(jìn)入該端子，對內(nèi)部電路造成不可恢復(fù)的損傷，從而造成設(shè)備故障。下面這幅圖算是對這個(gè)問題的形象化描述：

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB Type-C接口控制器是非常簡單的，它要做的事情基本上就是用上拉電阻標(biāo)識本端口所在的設(shè)備為供電端、用下拉電阻標(biāo)識本端口所在的設(shè)備為受電端、為電纜提供VCONN電源、識別電流供應(yīng)/通過能力、確定電纜連接關(guān)系以及在完成接入識別以后開啟VBUS通道等，由于不涉及提高VBUS電壓，VBUS上的電壓最多就是5V，所以采用低壓制程是完全可以的，其電路聯(lián)通以后的模型大致示意如下：

下面是它們的具體實(shí)現(xiàn)示意圖：

這是供電端的，

這是受電端的。如果一臺設(shè)備既可以做供電端，又可以做受電端，則其電路模型就是這樣的了：

這種設(shè)備可以擔(dān)任兩種角色，實(shí)用中具體采用哪一種需要雙方進(jìn)行協(xié)商或是人工進(jìn)行選擇，這就要進(jìn)行通訊，通訊是經(jīng)由CC通道完成的，其上傳遞的信息以BMC雙相編碼的方式進(jìn)行，雙方溝通的語言就是USB PD規(guī)范所定義的協(xié)議了。