USB Type-C引腳排列的原理

本文介紹了USB Type-C引腳排列的原理，并簡要介紹了其各種模式。

USB Type-C是USB連接器系統的規范，該規范在智能手機和移動設備中日益普及，并且能夠進行電力傳輸和數據傳輸。

與USB以前的產品不同，它還可以翻轉-因此您無需嘗試三遍即可將其插入。

這篇介紹性文章將介紹USB-C標準的一些最重要的功能。在深入研究其引腳并解釋它們各自的功能之前，我們將快速了解USB-C的含義和最優點。

什么是USB-C?

USB-C是一個相對較新的標準，旨在提供高達10Gb / s的高速數據傳輸以及高達100W的功率流能力。這些功能可使USB-C成為現代設備的真正通用連接標準。

USB-C或USB Type-C?

這兩個術語通常是可以互換的(在本文中我們將同時使用這兩個術語)。盡管USB-C更常用，但USB Type-C是USB.org上列出的標準的正式名稱。

USB-C功能

USB-C接口具有三個主要功能：

它具有可翻轉的連接器。接口的設計使得插頭可以相對于插座翻轉。

它支持USB 2.0，USB 3.0和USB 3.1 Gen 2標準。此外，它可以在稱為“備用模式”的操作模式下支持第三方協議，例如DisplayPort和HDMI。

它允許設備協商并選擇通過接口的適當功率水平。

在以下各節中，我們將看到USB Type-C標準如何提供這些功能。

USB Type-C插座/插頭引腳

USB Type-C連接器具有24針。圖1和圖2分別顯示了USB C型插座和插頭的引腳。

圖1. USB C型插座。圖片由Microchip提供。

圖2. USB C型插頭。圖片由Microchip提供。

USB 2.0差分對

D +和D-引腳是用于USB 2.0連接的差分對。插座中有兩個D +引腳和兩個D-引腳。

但是，這些引腳相互連接，實際上只有一對USB 2.0數據差分對可供使用。僅包括冗余以提供可翻轉的連接器。

電源和接地引腳

VBUS和GND引腳是電源和信號的返回路徑。VBUS的默認電壓為5 V，但標準允許設備協商并選擇默認值以外的VBUS電壓。供電功能使VBUS的電壓高達20V。最大電流也可以提高到5A。因此，USB Type-C可以提供100 W的最大功率。

當為大型設備(例如筆記本計算機)充電時，高功率流可能會很有用。圖3顯示了RICHTEK的示例，其中使用降壓/升壓轉換器來生成筆記本計算機所需的適當電壓。

圖3.圖片由Richtek提供。

請注意，電源傳輸技術使USB Type-C比舊標準更具通用性，因為它使電源電平可適應負載需求。您可以使用同一根電纜為智能手機和筆記本電腦充電。

RX和TX引腳

有兩組RX差分對和兩組TX差分對。

這兩個RX對中的一個與一個TX對一起可以用于USB 3.0 / USB 3.1協議。由于連接器是可翻轉的，因此需要一個多路復用器，以通過電纜正確地重新路由所采用的差分對上的數據。

請注意，USB Type-C端口可以支持USB 3.0 / 3.1標準，但是USB Type-C的最低功能集不包括USB 3.0 / 3.1。在這種情況下，USB 3.0 / 3.1連接不使用RX / TX對，而其他USB Type-C功能(例如，備用模式和USB供電協議)可以使用RX / TX對。這些功能甚至可以利用所有可用的RX / TX差分對。

CC1和CC2引腳

這些引腳是通道配置引腳。它們執行許多功能，例如電纜連接和移除檢測，插座/插頭方向檢測以及當前廣告。這些引腳也可以用于電源傳輸和備用模式所需的通信。

下面的圖4顯示了CC1和CC2引腳如何顯示插座/插頭的方向。在此圖中，DFP代表下行流端口，該端口既充當數據傳輸中的主機，又充當電源。UFP表示上游接口端口，它是連接到主機或功耗設備的設備。

圖4.圖片由Microchip提供。

DFP通過Rp電阻上拉CC1和CC2引腳，而UFP通過Rd下拉它們。如果未連接電纜，則源在CC1和CC2引腳上看到邏輯高電平。連接USB Type-C電纜可建立從5V電源到地的電流路徑。由于USB Type-C電纜內只有一根CC導線，因此只能形成一條電流路徑。例如，在圖4的上部圖形中，DFP的CC1引腳連接到UFP的CC1引腳。因此，DFP CC1引腳的電壓將低于5 V，但DFP CC2引腳將仍處于邏輯高電平。因此，通過監視DFP CC1和CC2引腳上的電壓，我們可以確定電纜連接及其方向。

除了電纜方向以外，Rp-Rd路徑還用作傳達有關源電流能力的信息的方式。為此，功耗器(UFP)監視CC線路上的電壓。當CC線上的電壓達到最小值(約0.41 V)時，信號源可以為USB 2.0和USB 3.0提供默認的USB電源，分別為500 mA和900 mA。當CC線電壓約為0.92 V時，源可提供1.5 A的電流。最高的CC線電壓約為1.68 V，對應于3 A的源電流能力。

VCONN引腳

如上所述，USB Type-C旨在提供超快的數據傳輸速度以及高水平的功率流。這些功能可能需要使用通過在芯片內部進行電子標記的特殊電纜。此外，某些有源電纜利用轉接驅動器芯片來增強信號并補償電纜引起的損耗等。在這些情況下，我們可以通過施加5V，1W電源為電纜內部的電路供電提供給VCONN引腳。如圖5所示。

圖5.圖片由Microchip提供。

如您所見，活動電纜使用Ra電阻下拉CC2引腳。Ra的值不同于Rd的值，因此DFP仍然能夠通過檢查DFP CC1和CC2引腳上的電壓來確定電纜的方向。確定電纜方向后，與“活動電纜IC”相對應的通道配置引腳將連接到5V，1W電源，以為電纜內部的電路供電。例如，在圖5中，有效的Rp-Rd路徑對應于CC1引腳。因此，CC2引腳連接到以VCONN表示的電源。

SBU1和SBU2引腳

這兩個引腳對應于僅在備用模式下使用的低速信號路徑。

USB供電

現在我們已經熟悉了USB-C標準的固定方法，下面讓我們簡要介紹一下USB Power Delivery。

如上所述，使用USB Type-C標準的設備可以協商并選擇通過接口的適當功率流水平。這些功率協商通過稱為USB Power Delivery的協議實現，該協議是上述CC線上的單線通信。下面的圖6顯示了一個示例USB供電，其中接收器向源發送請求，并根據需要調整VBUS電壓。首先，要求使用9 V總線。源將總線電壓穩定在9 V之后，它會向接收器發送“電源就緒”消息。然后，接收器請求5 V總線，而源則提供它，并再次發送“電源就緒”消息。

圖6.圖片由Richtek提供。

需要特別注意的是，“ USB Power Delivery”不僅僅涉及與電源交付有關的協商，其他協商(例如與備用模式有關的協商)也使用標準CC行上的Power Delivery協議來完成。

結論

USB Type-C具有有趣的功能。它支持高達10 Gb / s的超快速數據傳輸速度和高達100 W的高功率流。這些功能以及可翻轉的連接器可使USB Type-C成為現代設備的真正通用標準。

審核編輯：湯梓紅