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(jiǎn)要介紹了其各種模式。

USB Type-C是USB連接器系統(tǒng)的規(guī)范，該規(guī)范在智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備中日益普及，并且能夠進(jìn)行電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。

與USB以前的產(chǎn)品不同，它還可以翻轉(zhuǎn)-因此您無(wú)需嘗試三遍即可將其插入。

這篇介紹性文章將介紹USB-C標(biāo)準(zhǔn)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(yōu)點(diǎn)。

什么是USB-C?

USB-C是一個(gè)相對(duì)較新的標(biāo)準(zhǔn)，旨在提供高達(dá)10Gb / s的高速數(shù)據(jù)傳輸以及高達(dá)100W的功率流能力。這些功能可使USB-C成為現(xiàn)代設(shè)備的真正通用連接標(biāo)準(zhǔn)。

USB-C或USB Type-C?

這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)通常是可以互換的(在本文中我們將同時(shí)使用這兩個(gè)術(shù)語(yǔ))。盡管USB-C更常用，但USB Type-C是USB.org上列出的標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱。

USB-C功能

USB-C接口具有三個(gè)主要功能：

它具有可翻轉(zhuǎn)的連接器。接口的設(shè)計(jì)使得插頭可以相對(duì)于插座翻轉(zhuǎn)。

它支持USB 2.0，USB 3.0和USB 3.1 Gen 2標(biāo)準(zhǔn)。此外，它可以在稱為“備用模式”的操作模式下支持第三方協(xié)議，例如DisplayPort和HDMI。

它允許設(shè)備協(xié)商并選擇通過接口的適當(dāng)功率水平。

在以下各節(jié)中，我們將看到USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)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(duì)

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

但是，這些引腳相互連接，實(shí)際上只有一對(duì)USB 2.0數(shù)據(jù)差分對(duì)可供使用。僅包括冗余以提供可翻轉(zhuǎn)的連接器。

電源和接地引腳

VBUS和GND引腳是電源和信號(hào)的返回路徑。VBUS的默認(rèn)電壓為5 V，但標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)備協(xié)商并選擇默認(rèn)值以外的VBUS電壓。供電功能使VBUS的電壓高達(dá)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(dāng)為大型設(shè)備(例如筆記本計(jì)算機(jī))充電時(shí)，高功率流可能會(huì)很有用。圖3顯示了RICHTEK的示例，其中使用降壓/升壓轉(zhuǎn)換器來生成筆記本計(jì)算機(jī)所需的適當(dāng)電壓。

圖3.圖片由Richtek提供。

請(qǐng)注意，電源傳輸技術(shù)使USB Type-C比舊標(biāo)準(zhǔn)更具通用性，因?yàn)樗闺娫措娖娇蛇m應(yīng)負(fù)載需求。您可以使用同一根電纜為智能手機(jī)和筆記本電腦充電。

RX和TX引腳

有兩組RX差分對(duì)和兩組TX差分對(duì)。

這兩個(gè)RX對(duì)中的一個(gè)與一個(gè)TX對(duì)一起可以用于USB 3.0 / USB 3.1協(xié)議。由于連接器是可翻轉(zhuǎn)的，因此需要一個(gè)多路復(fù)用器，以通過電纜正確地重新路由所采用的差分對(duì)上的數(shù)據(jù)。

請(qǐng)注意，USB Type-C端口可以支持USB 3.0 / 3.1標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)，而其他USB Type-C功能(例如，備用模式和USB供電協(xié)議)可以使用RX / TX對(duì)。這些功能甚至可以利用所有可用的RX / TX差分對(duì)。

CC1和CC2引腳

這些引腳是通道配置引腳。它們執(zhí)行許多功能，例如電纜連接和移除檢測(cè)，插座/插頭方向檢測(cè)以及當(dāng)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(dāng)數(shù)據(jù)傳輸中的主機(jī)，又充當(dāng)電源。UFP表示上游接口端口，它是連接到主機(jī)或功耗設(shè)備的設(shè)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(nèi)只有一根CC導(dǎo)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(jiān)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(dá)有關(guān)源電流能力的信息的方式。為此，功耗器(UFP)監(jiān)視CC線路上的電壓。當(dāng)CC線上的電壓達(dá)到最小值(約0.41 V)時(shí)，信號(hào)源可以為USB 2.0和USB 3.0提供默認(rèn)的USB電源，分別為500 mA和900 mA。當(dāng)CC線電壓約為0.92 V時(shí)，源可提供1.5 A的電流。最高的CC線電壓約為1.68 V，對(duì)應(yīng)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(shù)據(jù)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(nèi)部進(jìn)行電子標(biāo)記的特殊電纜。此外，某些有源電纜利用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器芯片來增強(qiáng)信號(hào)并補(bǔ)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(nèi)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(dòng)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(dòng)電纜IC”相對(duì)應(yīng)的通道配置引腳將連接到5V，1W電源，以為電纜內(nèi)部的電路供電。例如，在圖5中，有效的Rp-Rd路徑對(duì)應(yīng)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(gè)引腳對(duì)應(yīng)于僅在備用模式下使用的低速信號(hào)路徑。

USB供電

現(xiàn)在我們已經(jīng)熟悉了USB-C標(biāo)準(zhǔn)的固定方法，下面讓我們簡(jiǎn)要介紹一下USB Power Delivery。

如上所述，使用USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可以協(xié)商并選擇通過接口的適當(dāng)功率流水平。這些功率協(xié)商通過稱為USB Power Delivery的協(xié)議實(shí)現(xiàn)，該協(xié)議是上述CC線上的單線通信。下面的圖6顯示了一個(gè)示例USB供電，其中接收器向源發(fā)送請(qǐng)求，并根據(jù)需要調(diào)整VBUS電壓。首先，要求使用9 V總線。源將總線電壓穩(wěn)定在9 V之后，它會(huì)向接收器發(fā)送“電源就緒”消息。然后，接收器請(qǐng)求5 V總線，而源則提供它，并再次發(fā)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(guān)的協(xié)商，其他協(xié)商(例如與備用模式有關(guān)的協(xié)商)也使用標(biāo)準(zhǔn)CC行上的Power Delivery協(xié)議來完成。

結(jié)論

USB Type-C具有有趣的功能。它支持高達(dá)10 Gb / s的超快速數(shù)據(jù)傳輸速度和高達(dá)100 W的高功率流。這些功能以及可翻轉(zhuǎn)的連接器可使USB Type-C成為現(xiàn)代設(shè)備的真正通用標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯：湯梓紅