牛雨萌 焦继业 李 晨

（西安邮电大学电子工程学院 西安 710121）

1 引言

目前市场上新发布的主流手机机型，已全面开始使用 USB Type-C［1］接口，且飞利浦、乐视等厂商已经推出USB Type-C接口的数字耳机，USB Type-C在消费类电子市场中得到了广泛应用［2］。相比于传统USB接口［3］，最大的不同在于USB Type-C接口中新定义了一条CC线，USB PD［4］协议就是基于USB Type-C接口中的CC线实现的，它是一种主从单线通讯协议，不仅是用于实现快速充电的协议，实际上，USB PD是USB Type-C的灵魂所在。它与USB Type-C接口的结合可支持高达20V/5A的标准电能传输，利用协议中的VDM［5］消息建立 Type-C 替代模式的连接，可实现 DisplayPort［6～7］、HDMI［8］等高速数据传输，具有良好的应用前景［9］。

本文设计并实现了一种USB PD控制器，完成了PD数据包的正确发送、接收及校验，并利用FP⁃GA进行验证［10］。FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，具有丰富的可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、可编程输入输出单元等硬件资源，可以在其内部灵活实现各种数字电路设计。因此，采用FPGA技术进行验证，可以快速修改代码中的错误，为后续的IC设计提供正确保障。

2 PD控制器总体方案

USB PD协议采用BMC编码，标准数据包格式如图1。每个包的起始和结束分别以固定的64bit0/1交替的序列和01101作为标志；SOP*定义了通信类型；Message Header定义了数据对象的个数、Mes⁃sage ID、电力角色、数据角色、版本信息、消息类型等信息；Data Object是0～7个32bit数据对象，若该部分不存在则此条消息为控制消息，CRC为校验码，用于检测包内容在传输过程中是否出错。

图1 PD控制器总体框图

本文采用自顶向下的设计方法，先根据功能要求设计总体方案，再针对核心模块逐步细化［11］。……