本文探討 Type-C 介面上的 USB PD 的電力傳輸運作方式，包括：訊號協商過程、及電力／數據角色交換。透過這些基本原理，Type-C 介面裝置比傳統 Type-A、B 等擁有更高效、靈活的充電及匹配方式。
Type-C 充電的 Source / Sink 可執行角色互換，為 USB PD 的特色之一，了解電力傳輸運作，首先可以看 Type-C 介面上的 CC 針腳；Type-C 傳輸的電源供應 Source 在 CC 針腳上會提供上拉電阻（Rp）、受電設備 Sink 則會在 CC 針腳上提供下拉電阻（Rd）。當 Source 與 Sink 連接時， CC 針腳上 Rp（上拉電阻）與 Rd（下拉電阻）形成分壓電路，透過檢測 CC 針腳上的電壓，設備可以確定對方的角色（Source 或 Sink），並完成 Type-C 介面偵測與角色協商。
除了介面的電源角色外，在標準 Type-C 設計中，Rp 和 Rd 也決定了電力傳輸數值。在 USB PD 充電時，Rp 由 Source 提供，Rp 電阻的阻值決定了 Source 能夠提供的最大電流；Sink 會根據 Rp 電阻的上拉強度來偵測該 Source 電阻值，並根據 Source 能力來限制自身的電流消耗。
Source／Sink 連接完成後，CC 針腳可用於向連接的設備傳輸和接收 USB PD 訊號。此外，在電流超過 3A、使用 USB 3.0 數據速率，或執行 DisplayPort™ 或 Thunderbolt 替代模式的情況下，CC 針腳還可以透過 VCONN（相對應的 CC 針腳）為帶有電子標記（e-marker）的 Cable 供電。
Type-C 針腳中的電力傳輸訊號
在 Type-C 的 CC 針腳傳輸中，針對「USB PD」的傳輸訊號主要分為三大類：控制訊號（Control Messages）、數據訊號（Data Messages）和擴展訊號（Extended Messages）。
控制訊號（Control Messages）：
訊號較短，主要用於管理介面之間的訊號流，或傳輸不需要額外數據的訊號。控制訊號的長度為 16 位元（bits）。
控制訊號種類：
Message type | Sent by | Message type | Sent by |
GoodCRC | Source, sink or cable plug | Soft_Reset | Source or sink |
GotoMin | Source | Data_Reset | Source or sink |
Accept | Source, sink or cable plug | Data_Reset_Complete | Source or sink |
Reject | Source, sink or cable plug | Not_Supported | Source, sink or cable plug |
Ping | Source | Get_Source_Cap_Extended | Sink or DRP |
PS_RDY | Source or sink | Get_Status | Source or sink |
Get_Source_Cap | Sink or dual-role power (DRP) | FR_Swap | Sink |
Get_Sink_Cap | Source or DRP | Get_PPS_Status | Sink |
DR_Swap | Source or sink | Get_Country_Codes | Source or sink |
PR_Swap | Source or sink | Get_Sink_Cap_Extended | Source or DRP |
VCONN_Swap | Source or sink | Get_Source_Info | Sink or DRP |
Wait | Source or sink | Get_Revision | Source or sink |
數據訊號（Data Messages）：
用於在不同介面連接時，彼此交換資訊，訊號長度範圍從 48 位元到 240 位元。主要分為三種類型：
用於協商的訊號：這類訊號用於傳遞設備的電力或其他功能力，以便進行 USB PD 電力協商。
用於內建自測（BIST, Built-In Self-Test）能力的訊號：這類訊號用於設備的內部診斷與測試，確保 USB PD 系統能夠正常運行。
廠商自定義（Vendor-Defined）使用的訊號：這類訊號允許製造商定義專屬的 USB PD 通訊協定，以便支援特殊功能或專有技術。
數據訊號種類：
Message type | Sent by | Message type | Sent by |
Source_Capabilities | Source or DRP | Enter_USB | DFP |
Request | Sink | EPR_Request | Sink |
BIST | Tester, source or sink | EPR_Mode | Source or sink |
Sink_Capabilities | Sink or DRP | Source_Info | Source or sink |
Battery_Status | Source or sink | Revision | Source, sink or cable plug |
Alert | Source or sink | Vendor_Defined | Source, sink or cable plug |
Get_Country_Info | Source or sink |
擴展訊號（Extended Messages） ：
和數據訊號類似，也用於在介面傳輸之間，雙方交換資訊。主要包含以下幾種類型：
用於提供 Source 和電池資訊的訊號：這類訊號可傳遞 Source／Sink 設備的電源狀態、電池電量等資訊，以便協商最佳的充電策略。
用於安全性的訊號：這類訊號用於身份驗證、數據保護以及其他安全機制，以確保 USB PD 通訊的安全性。
用於韌體更新的訊號：透過 USB PD 傳輸，設備可以接收韌體更新訊號，支援遠端更新和功能升級。
擴展訊號種類：
Message type | Sent by | Message type | Sent by |
Source_Capabilities_Extended | Source or DRP | Firmware_Update_Response | Source, sink or cable plug |
Status | Source, sink or cable plug | PPS_Status | Source |
Get_Battery_Cap | Source or sink | Country_Info | Source or sink |
Get_Battery_Status | Source or sink | Country_Codes | Source or sink |
Battery_Capabilities | Source or sink | Sink_Capabilities_Extended | Sink or DRP |
Get_Manufacturer_Info | Source or sink | Extended_Control | Source or sink |
Manufacturer_Info | Source, sink or cable plug | EPR_Source_Capabilities | Source or DRP |
Security_Request | Source or sink | EPR_Sink_Capabilities | Sink or DRP |
Security_Response | Source, sink or cable plug | Vendor_Defined_Extended | Source, sink or cable plug |
Firmware_Update_Request | Source or sink |
USB PD 電力傳輸的流程
USB PD 採用雙向標記編碼（BMC, Biphase Mark Code） 進行訊號傳輸，數據速率為 300 kbps ±10% ，透過 CC 針腳在兩個設備之間傳遞訊號，以下為訊號傳輸的過程：
Source 開啟 USB PD 協商
由 DFP（下行端口）／Source 發送第一個 Source_Capabilities 訊號；此訊號包含電源數據目標（PDO，Power Data Objects，表示 Source 可提供給 Sink 的電力選項；Sink／UFP（上行端口）會回應 GoodCRC 訊號，確認訊號已成功接收。 同時，所有 USB PD 訊號（包括 Source_Capabilities）都必須包含循環冗餘校驗碼（CRC, Cyclic Redundancy Check），以確保數據完整性，防止傳輸錯誤。
Sink 發出需求內容
當 Sink 和 UFP 接收到 Source_Capabilities 訊號後，會選擇合適的電源選項，將請求的數據（如 PDO）封裝到 Request 訊號中，發送給 Source 端，以獲得合適的電力。
如果 Source 的 PDO 與 Sink 需求不完全匹配，則 Sink 會在 Request 訊號中啟用 Capabilities Mismatch 位元，通知 Source 介面該不匹配情況。
Source Accept，調整 VBUS 電壓以匹配 Sink 的接收電壓
DFP／Source 收到來自 Sink 的 Request 訊號後，經過評估，若其能力符合要求，則 Source 會發送 Accept 訊號，附加 CRC 校驗碼，表示接受 Sink 的請求。
此時觸發以下動作：
Sink 進入 SinkStandby（待機狀態），並將電流消耗降至 500mA 以下。
Source 開始調整 VBUS 電壓，從 VBUS_old 變更為 VBUS_new，例如 從 5V 提升至 20V；以匹配 Sink 的請求電壓。
當電壓達到請求值的 ±5% 範圍內，Source 會發送 PS_RDY（Power Supply Ready）訊號（附帶 CRC 校驗碼），通知 Sink 電壓已穩定可用。在收到 PS_RDY 訊號後，Sink 便可開始從 VBUS 連接埠汲取電流，最高可達所請求的 PDO 上限。
附帶一提，Type-C 是一種「冷連接器」（Cold Connector），這意味著當沒有設備連接時，VBUS 電壓為 0V（傳統的 USB Type-A 介面的 VBUS 會保持 5V）。
Type-C USB PD 的角色交換
現行適用於 Type-C 介面的 USB PD 協定中，Source 和 Sink 皆可以執行電源角色交換（Power-Role Swap） 或 數據角色交換（Data-Role Swap），同時擔任不同的電力/數據傳送角色。
電源角色交換（PR_Swap）流程
DFP+Source 發送「Power-Role Swap（PR_Swap）訊號」給 UFP+Sink，請求角色交換。
UFP+Sink 回應 Accept 訊號，確認接受角色交換。
DFP+Source 停止供電，並將 CC 終端從 Rp 轉換為 Rd，表示它將轉換為 Sink 方。隨後，原 Source 發送 PS_RDY 訊號給原 Sink，通知原 Sink「我已停止供電」。
原 UFP+Sink 收到 PS_RDY 訊號後，將 CC 終端從 Rd 轉換為 Rp，並開始在 VBUS 上提供 5V 電壓（原 Sink 轉換為 new Source）。
當原 Sink（new Source）確認 VBUS 上已有 5V 電壓時，將發送第二個 PS_RDY 訊號，宣告電源角色交換完成。
結語
以上簡介 Type-C 的電力協商與傳輸方式，幫助讀者理解 USB PD 在電子設備中的運作原理。透過 CC 針腳的靈活協商機制，設備之間可以避免過度供電或電壓不穩定的情況。此外，USB PD 協定中的電源角色交換（PR_Swap）和數據角色交換（DR_Swap）也進一步提升 Type-C 的靈活性；使之成為現今大眾最方便的傳輸介面選擇。未來，隨著更多設備採用 Type-C 與 USB PD，這項技術將不僅限於消費電子產品，還將深入工業設備、高速數據傳輸、電動車充電標準（如 USB-PD EV）等應用領域，推動規格統一、高效的電力與數據傳輸標準。