USB TYPE-C
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Type-C接口简介及应用

2021-05-08 630 2
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Type-C接口又叫USB-C接口。

USB-C接口尺寸为8.3×2.5毫米,小于当前PC的USB接口,但略大于许多手机采用的尺寸6.85×1.8毫米的micro-USB接口。至于电力传输规格,线材标准为直流电5V、5A,而连接器为3A。Type-C由于不兼容现有的任何类型,因此需要额外设计转接设备。全球首套USB 3.1主控端与设备端原型,则由ASMedia于2014年的USB-IF年会中发表。

USB 3.0 Promoter Group主席Brad Saunders在接受采访时表示:“虽然USB技术在设备连接和设备充电中是最受欢迎的,但是我们仍然意识到我们需要开发一个新的接头来满足不断发展的设计趋势,比如设备尺寸和可用性的进步。新的USB-C接头将迎合市场的需求并为未来的USB版本奠定一个基础。”

USBType-C是在2013年底公布,2014年开始有量产产品推出,经过多年的发展,如今已经成为了主流的USB接口。

目前不仅新推出的智能手机基本上都支持Type-C接头了,还有笔记本电脑、数码相机、智能音箱、移动电源等等设备也都开始采用Type-C规格的USB接口了。比如苹果已经完全将旗下的MacBook笔记本电脑改为了纯USBType-C接口来让用户传输数据或充电。更有市场传言,苹果将会在未来的iPhone上也采用USBType-C接口。

USB-IF在2019年9月3日发布的USB4标准更是宣布,将只支持Type-C接

USB TYPE-C引脚

描述 描述
A1 GND 接地 B12 GND 接地
A2 SSTXp1 SuperSpeed差分信号#1,TX,正 B11 SSRXp1 SuperSpeed差分信号#1,RX,正
A3 SSTXn1 SuperSpeed差分信号#1,TX,负 B10 SSRXn1 SuperSpeed差分信号#1,RX,负
A4 VBUS 总线电源 B9 VBUS 总线电源
A5 CC1 Configuration channel B8 SBU2 Sideband use (SBU)
A6 Dp1 USB 2.0差分信号,position 1,正 B7 Dn2 USB 2.0差分信号,position 2,负
A7 Dn1 USB 2.0差分信号,position 1,负 B6 Dp2 USB 2.0差分信号,position 2,正
A8 SBU1 Sideband use (SBU) B5 CC2 Configuration channel
A9 VBUS 总线电源 B4 VBUS 总线电源
A10 SSRXn2 SuperSpeed差分信号#2,RX,负 B3 SSTXn2 SuperSpeed差分信号#2,TX,负
A11 SSRXp2 SuperSpeed差分信号#2,RX,正 B2 SSTXp2 SuperSpeed差分信号#2,TX,正
A12 GND 接地 B1 GND 接地

USB 2.0差分信号只会连接其中一边。因USB Type-c Plug 无B6、B7。

USB TYPE-C母头

TYPE-C母头

USB TYPE-C公头

TYPE-C公头

Type-C相对于其它接口的优势:

  • 它无需区分正反
  • 最高可以支持5A大电流,
  • 在USB4标准支持下,最高可传输速率可达40Gbps。
  • 正确插入后发出声音。
  • 通过USB Power Delivery技术,可用于3C产品(如笔记本电脑、智能手机)的充电。
  • 增进的电磁干扰(EMI) 与射频干扰(RFI mitigation)特性。
  • 可选集成DisplayPort、HDMI、MHL[5][6]。
  • 可选集成Thunderbolt。
  • 可选集成USB4。

Type-C 支持产品及历史

从2015年起,有许多支持USB-C的电子产品面世,例如Nexus 5X、Nexus 6P以及2017年上市的任天堂Switch等。现时大部分新款Android电子产品都使用USB-C接口,如三星Galaxy C7 Pro、Sony Xperia XA1 Ultra。

苹果公司在2015年起于MacBook改用USB C,2018年11月7日推出的iPad Pro亦改用USB C接口。

  • 第一款引入USB-C的产品是NOKIA于2014年出产的NOKIA N1平板电脑,传输速率仍相当于USB 2.0。
  • 第二款引入USB-C的产品是谷歌于2015年出产的Chromebook Pixel,但同时保留了传统接口。
  • 第三款引入USB-C的产品是苹果公司于2015年出产的全新MacBook。(由于最高速度只有5Gbps,所以文件传输速度比旧款Mac的Thunderbolt接口慢。)
  • 第四批引入USB-C的产品为主板,2015年华硕、技嘉、微星、华擎主板开始使用USB-C接口。

TYPE-C的高速应用:

Type-C可用于

  • USB1.1/2.0/3.0/3.1
  • HDMI
  • 以太网络
  • DisplayPort的
  • 功率
  • 音频
  • 有更多的千兆位通道。

USB3.1(Type-C)运行速度高达10Gbps,支持100W充电,并且可以插入AppleiPad自己的Lightning连接器。据USB-IF贸易组织称,这是一个“20年连接器”,它看起来像是一个真正的赢家。其中存在设计师面临的挑战:处理嵌入式设计中的信号完整性和速度问题;可容纳100W的功率,可以在任一方向流动!并将Type-C连接到上面列出的传统接口。

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快速提示#1:重新驱动(或不驱动)Type-C

专用于以高达10Gbps的速度运行,USB3.1的Type-C连接器可通过24条信号线将各种数据移动(图2)。双向连接器(A侧和B侧)每侧有12条线,只有4条映射到USB1.1和2.0(Vcc,Ground,D+,D-);其余的用于差分信号或功率。

就像图1所示的USBType-C的功能不够令人印象深刻,这12条线可以同时做很多事情。例如,Type-C电缆最多可以同时连接四个DisplayPort通道,或带有两个DisplayPort通道的USB3.1,以及USB2.0和USB-PD(电源传输)。另外,还可以混合使用HDMI,PCIExpress和其他差分标准。该电缆支持2米或10Gbps1米处的5Gbps。
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快速提示#2:功率(全)选项

新型Type-C连接器可以处理高达100W的电力给显示器供电,或为笔记本电脑,笔记本电脑或2:1(图6)等大型设备充电。此外,电源可以在任何方向流动,因此您的智能手机可以为您的笔记本电脑充电(短时间)。USB-IFBC1.2(电池充电)规范涵盖了以前的USB充电方案(请参阅本文“USB如何充电任何电子设备”)。Type-C的新规范涵盖在PowerDelivery2.0(PD)规范中(请参阅“超移动,便携式嵌入式系统的3大基本技术”)。
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根据PD规范确定电源要求,选择电压和提供电流的机制非常复杂,并且基于USB-IF协议(鼓励读者查阅上述文章)。表2列出了按照PD规范的Type-C中的关键电源选项。

值得注意的是,新的100W(任一方向)PD选项如何与传统的BC1.2规范共存。设计人员需要了解他们的系统需要提供什么样的功率要求,并且必须包含必要的充电,开关和枚举电路。除了最新的PD规范外,最大USB功率为15W(5V@3.0A),这对所有手持移动设备,便携式硬盘和USB配件都足够了。只有笔记本电脑和显示器(可能不是“嵌入式系统”)可能需要>50W(图7)。
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快速提示#3:很难保留传统

很明显Type-C连接器和电缆应该能够替代大多数传统串行接口,从PCIe到HDMI。它甚至会取代所有以前版本的USB连接器和电源适配器。

但是过渡到全C型的世界还需要一段时间。同时,嵌入式设计人员需要将一种信号类型转换为另一种信号类型。例如,系统内PCIExpress将需要转换为运行Type-C,并可能与USB3.0或3.1一起运行。DisplayPort,HDMI,SATA等将同样需要转换。这些转换中的大多数都会在源系统和目标系统中进行。

图9显示了一个系统中多个标准和连接器类型如何组合在一起的框图。该图显示了一个数字监视器的示例,其中使用Pericom器件将Type-C转换为Display端口和USB3.0:PI3USB30532分离DP和USB3.0,提供USB3.0重新驱动的PI3EQX7742AI,提供DP多路复用的PI3WVR12412/PI3VDP12412,提供USB2.0交叉开关功能的PI3DBS3224以及为USB3.0集线器提供USB3.0交叉开关功能的PI3PCIE3242。

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