物联网、大数据时代下,移动智能终端已与人们日常的生活密不可分。随着移动智能终端功能的日趋强大,功耗及续航问题也更加突出,为了解决这一问题,仅采用提升设备电池电量的方法并不可靠,会大大增加设备的安全隐患;同时,锂离子电池依旧是当前移动智能终端设备的主要储能材料,在现有技术水平下,尚未能够对电池材料有较大的革新。因此,国内外各大厂商开始着眼于如何提升终端设备的充电速率来满足续航要求,快速充电技术开始迅速发展。但由于各厂商推出的快速充电技术不相兼容,快速充电技术没有统一的标准规范,消费者并不能真正享受到快速充电技术带来的便利。USB PD（USB Power Delivery）协议作为USB IF（USB Implementers Forum）推出的快充技术规范,已经被越来越多的厂商所采纳。近些年来,搭载USB PD快充技术的移动智能终端逐步占据了市场主体。因此,对USB PD快充技术的研究与应用具有实用价值,本文主要是对USB PD 3.0协议的物理层部分的设计与实现。本文研究了USB PD 3.0协议规范,以及协议规范所定义的USB PD通信架构,分析了体系架构中各层级间的通信机制及通信数据包的建立和传递过程,根据USB PD 3.0协议设计了物理层系统的方案,完成对物理层各功能模块的划分。将USB PD 3.0物理层设计系统划分为发送器子系统和接收器子系统两部分。发送器子系统主要包括:CRC-32计算模块、4B5B编码模块、SOP编码模块、BMC编码模块四部分;接收器子系统主要包括:BMC解码模块、SOP解码模块、4B5B解码模块、CRC-32校验模块四部分。采用Verilog-2005硬件描述语言对系统整体和各功能模块进行了设计,并使用EDA工具完成仿真验证。采用现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）搭配USB PD分析仪和上位机对设计进行板级测试,实现了15W（5V/3A）、27W（9V/3A）、30W（15V/2A）、30W（20V/1.5A）四种USB PD协议规范的供电,测试结果满足设计指标要求。在仿真验证和板级测试完成的基础上,采用SMIC 180nm工艺进行了电路设计,并生成了物理版图。