科普小課堂|不同版本USB接口詳細解析

USB接口憑借其廣泛的兼容性和高性能，已成為連接多樣外設(shè)的主要接口，囊括了日常的鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備以及其他更多的領(lǐng)域。不僅如此，USB還展現(xiàn)了高度靈活性，能夠便捷地轉(zhuǎn)換為其他總線接口，例如實現(xiàn)USB到以太網(wǎng)或USB到CAN總線的橋接，極大地豐富了其應(yīng)用場景。下面我們將深入探討各類常用USB規(guī)范的特性，解析不同形態(tài)的USB物理接口，助力各位小伙伴全面掌握USB接口。

USB版本

USB 插頭與版本的兼容性

USB 機械接口

標準 USB的機械接口和引腳定義如下所示：

Mini USB的機械接口和引腳定義如下所示：

USB Type-C

USB TYPE-C全功能引腳圖

端口類型

下行端口（Downstream Facing Port，DFP）：主機 / 下行集線器端口，典型示例為傳統(tǒng)的標準 Type-A 端口。

上行端口（Upstream Facing Port，UFP）：設(shè)備 / 上行集線器端口，典型示例為傳統(tǒng)的標準 Type-B 端口。

雙重角色端口（Dual-Role Port，DRP）：連接事件發(fā)生前，在 DFP 端口和 UFP 端口之間切換的端口。初始連接事件后，可通過 USB 供電協(xié)議協(xié)商進行動態(tài)交換。

拉電流電源 / 供電設(shè)備：5V-20V 時的拉電流最多為 5A，典型示例為傳統(tǒng)的標準 Type-A 端口。

灌電流電源 / 耗電設(shè)備：5V-20V 時的灌電流最多為 5A，典型示例為傳統(tǒng)的標準 Type-B 端口。

引腳定義

Type-C 分公母頭（插頭與插座），兩者引腳大部分呈鏡像分布。

Type-C 插座：

Type-C 插頭：

對接示意圖（全功能）：

引腳功能描述：

供電協(xié)議：

CC引腳

在USB Type-C規(guī)范中，主機（下行端口，DFP）通過CC1和CC2引腳使用上拉電阻（Rp）來向設(shè)備（上行端口，UFP）指示其供電能力。具體的上拉電阻值會影響設(shè)備檢測到的電流能力，以下是一個典型的電阻值與對應(yīng)的電流能力表：

工作原理
上拉電阻 (Rp)：用于DFP（主機）端，通過連接到3.3V或5V的電源，告知UFP（設(shè)備）DFP可以提供的電流。

下拉電阻 (Rd)：用于UFP（設(shè)備）端，通過連接到地，以檢測DFP的供電能力。

當(dāng)設(shè)備（UFP）連接到主機（DFP）時，它會通過CC1或CC2引腳檢測到相應(yīng)的電壓，這個電壓由DFP的上拉電阻（Rp）決定，并根據(jù)表中的電阻值來判斷主機的供電能力。

正反向檢測

在USB Type-C的連接中，CC1和CC2引腳用于正反向檢測：

如果CC1檢測到有效的上下拉（即檢測到Rp），則表示連接為正向。

如果CC1沒有檢測到有效的上下拉，但CC2檢測到了，則表示連接為反向。

具體步驟

1、連接時：DFP通過上拉電阻（Rp）將CC1和CC2引腳分別上拉至3.3V或5V。UFP通過下拉電阻（Rd）將CC1或CC2引腳拉至地。

2、電纜插入：如果插入方向使得CC1引腳接觸到DFP的上拉電阻（Rp），則CC1會被上拉，UFP檢測到相應(yīng)的電壓，表示正向連接。如果插入方向使得CC2引腳接觸到DFP的上拉電阻（Rp），則CC2會被上拉，UFP檢測到相應(yīng)的電壓，表示反向連接。

電壓檢測與電流能力

Default USB Power：當(dāng)Rp為56 kΩ時，CC引腳的電壓范圍約為0.8V至2.2V。

1.5A：當(dāng)Rp為22 kΩ時，CC引腳的電壓范圍約為1.6V至3.0V。

3A：當(dāng)Rp為10 kΩ時，CC引腳的電壓范圍約為2.7V至3.6V。

通過這種機制，UFP可以檢測到實際的電壓并確定DFP的供電電流能力，從而實現(xiàn)安全有效的供電和通信。

本篇文章，深入探討了USB設(shè)備的兼容性、數(shù)據(jù)傳輸速率、供電能力以及接口類型。掌握了這些關(guān)鍵知識點，能助力各位小伙伴做出更為合適的設(shè)備選擇。衷心希望每位嵌入式愛好者在這一過程中滿載而歸，收獲豐富知識的同時也能享受探索的樂趣！