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USB-C引脚和功能指南

2020-9-27 09:13:40  227 USB USB接口
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您知道如何绕过USB C型连接器吗?本文介绍了USB Type-C引脚排列的原理,并简要介绍了其各种模式。
USB Type-C是USB连接器系统的规范,该规范在智能手机和移动设备中日益普及,并且能够进行电力传输和数据传输。
与USB以前的产品不同,它还可以翻转-因此您无需尝试三遍即可将其插入。


USB C型端口。图片由Denys Vitali提供
这篇介绍性文章将介绍USB-C标准的一些最重要的功能。在深入研究其引脚并解释它们各自的功能之前,我们将快速了解USB-C的含义和最优点。

什么是USB-C?

USB-C是一个相对较新的标准,旨在提供高达10Gb / s的高速数据传输以及高达100W的功率流能力。这些功能可使USB-C成为现代设备的真正通用连接标准。

USB-C或USB Type-C?
这两个术语通常是可以互换的(在本文中我们将同时使用这两个术语)。尽管USB-C更常用,但USB Type-C是USB.org上列出的标准的正式名称。

USB-C功能
USB-C接口具有三个主要功能:
  • 它具有可翻转的连接器。接口的设计使得插头可以相对于插座翻转。
  • 它支持USB 2.0,USB 3.0和USB 3.1 Gen 2标准。此外,它可以在称为“备用模式”的操作模式下支持第三方协议,例如displayPort和HDMI。
  • 它允许设备协商并选择通过接口的适当功率水平。
在以下各节中,我们将看到USB Type-C标准如何提供这些功能。

USB Type-C插座/插头引脚
USB Type-C连接器具有24针。图1和图2分别显示了USB C型插座和插头的引脚。


图1. USB C型插座。图片由microchip提供。

图2. USB C型插头。图片由microchip提供。
USB 2.0差分对
D +和D-引脚是用于USB 2.0连接的差分对。插座中有两个D +引脚和两个D-引脚。
但是,这些引脚相互连接,实际上只有一对USB 2.0数据差分对可供使用。仅包括冗余以提供可翻转的连接器。

电源和接地引脚
VBUS和GND引脚是电源和信号的返回路径。VBUS的默认电压为5 V,但标准允许设备协商并选择默认值以外的VBUS电压。供电功能使VBUS的电压高达20V。最大电流也可以提高到5A。因此,USB Type-C可以提供100 W的最大功率。
当为大型设备(例如笔记本计算机)充电时,高功率流可能会很有用。图3显示了richtek的示例,其中使用降压/升压转换器来生成笔记本计算机所需的适当电压。


图3.图片由Richtek提供。
请注意,电源传输技术使USB Type-C比旧标准更具通用性,因为它使电源电平可适应负载需求。您可以使用同一根电缆为智能手机和笔记本电脑充电。

RX和TX引脚
有两组RX差分对和两组TX差分对。
这两个RX对中的一个与一个TX对一起可以用于USB 3.0 / USB 3.1协议。由于连接器是可翻转的,因此需要一个多路复用器,以通过电缆正确地重新路由所采用的差分对上的数据。
请注意,USB Type-C端口可以支持USB 3.0 / 3.1标准,但是USB Type-C的最低功能集不包括USB 3.0 / 3.1。在这种情况下,USB 3.0 / 3.1连接不使用RX / TX对,而其他USB Type-C功能(例如,备用模式和USB供电协议)可以使用RX / TX对。这些功能甚至可以利用所有可用的RX / TX差分对。

CC1和CC2引脚
这些引脚是通道配置引脚。它们执行许多功能,例如电缆连接和移除检测,插座/插头方向检测以及当前广告。这些引脚也可以用于电源传输和备用模式所需的通信
下面的图4显示了CC1和CC2引脚如何显示插座/插头的方向。在此图中,DFP代表下行流端口,该端口既充当数据传输中的主机,又充当电源。UFP表示上游接口端口,它是连接到主机或功耗设备的设备。


图4.图片由Microchip提供。
DFP通过Rp电阻上拉CC1和CC2引脚,而UFP通过Rd下拉它们。如果未连接电缆,则源在CC1和CC2引脚上看到逻辑高电平。连接USB Type-C电缆可建立从5V电源到地的电流路径。由于USB Type-C电缆内只有一根CC导线,因此只能形成一条电流路径。例如,在图4的上部图形中,DFP的CC1引脚连接到UFP的CC1引脚。因此,DFP CC1引脚的电压将低于5 V,但DFP CC2引脚将仍处于逻辑高电平。因此,通过监视DFP CC1和CC2引脚上的电压,我们可以确定电缆连接及其方向。
除了电缆方向以外,Rp-Rd路径还用作传达有关源电流能力的信息的方式。为此,功耗器(UFP)监视CC线路上的电压。当CC线上的电压达到最小值(约0.41 V)时,信号源可以为USB 2.0和USB 3.0提供默认的USB电源,分别为500 mA和900 mA。当CC线电压约为0.92 V时,源可提供1.5 A的电流。最高的CC线电压约为1.68 V,对应于3 A的源电流能力。

VCONN引脚
如上所述,USB Type-C旨在提供超快的数据传输速度以及高水平的功率流。这些功能可能需要使用通过在芯片内部进行电子标记的特殊电缆。此外,某些有源电缆利用转接驱动器芯片来增强信号并补偿电缆引起的损耗等。在这些情况下,我们可以通过施加5V,1W电源为电缆内部的电路供电提供给VCONN引脚。如图5所示。


图5.图片由Microchip提供。
如您所见,活动电缆使用Ra电阻下拉CC2引脚。Ra的值不同于Rd的值,因此DFP仍然能够通过检查DFP CC1和CC2引脚上的电压来确定电缆的方向。确定电缆方向后,与“活动电缆IC”相对应的通道配置引脚将连接到5V,1W电源,以为电缆内部的电路供电。例如,在图5中,有效的Rp-Rd路径对应于CC1引脚。因此,CC2引脚连接到以VCONN表示的电源。

SBU1和SBU2引脚
这两个引脚对应于仅在备用模式下使用的低速信号路径。

USB供电
现在我们已经熟悉了USB-C标准的固定方法,下面让我们简要介绍一下USB Power Delivery。
如上所述,使用USB Type-C标准的设备可以协商并选择通过接口的适当功率流水平。这些功率协商通过称为USB Power Delivery的协议实现,该协议是上述CC线上的单线通信。下面的图6显示了一个示例USB供电,其中接收器向源发送请求,并根据需要调整VBUS电压。首先,要求使用9 V总线。源将总线电压稳定在9 V之后,它会向接收器发送“电源就绪”消息。然后,接收器请求5 V总线,而源则提供它,并再次发送“电源就绪”消息。


图6.图片由Richtek提供。
需要特别注意的是,“ USB Power Delivery”不仅仅涉及与电源交付有关的协商,其他协商(例如与备用模式有关的协商)也使用标准CC行上的Power Delivery协议来完成。

备用模式
这种操作模式使我们可以使用USB Type-C标准实现第三方协议,例如DisplayPort和HDMI。所有备用模式必须至少支持USB 2.0和USB Power Delivery连接。有关更多信息,请参考此ti文档。

结论
USB Type-C具有有趣的功能。它支持高达10 Gb / s的超快速数据传输速度和高达100 W的高功率流。这些功能以及可翻转的连接器可使USB Type-C成为现代设备的真正通用标准。

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