USB TYPE-C
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USB Type-C的工作原理与技术分析

2021-05-12 1007 1
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USB TYPE-C更加深入的应用,是从USB3.1开始的,这是因为从USB3.1开始,USB的功能开始变得更加丰富起来。

USB 3.1基本规格

3.1基本规格

USB的速度对比

历代USB输出功率及标志比较

有SS字样的代表支持PD,有SS和10的USB标志代表支持USB3.1及PD2.0

历代USB输出功率及标志比较

历代USB接头形状比较
历代USB接头形状比较

1.功能齐全:同时支持数据、音频、视频传输,还支持充电功能,全集中在一条传输线,可解决传输线太多的问题。

2.支持正反插:type C的脚位是镜像设计,可以支持正反插,硬件上有特别的侦测机制可以判断是正插还是反插,这部分在后面会提到。(半夜手机要充电不用再开灯看接头方向了!)

3.双向传输:数据、电力可以双向传输与充电。

4.向下兼容:可透过转接器(dongle),兼容USB type A、micro B等接口。

5.传输速率快:支持USB 3.1,可支持高达10Gbps的数据传输。

USB Type C脚位功能概述

Type C脚位

USB type C母头/公头脚位示意图
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脚位说明:

(1)Tx / Rx:两组差分信号传输对,用于数据传输。
(2)CC1 / CC2(Configuration Cannel):侦测正反插、侦测cable有没有接上、判断哪边是DFP(Downstream Facing Port)及UFP(Upstream Facing Port)、配置Vbus、配置Vconn、配置其他模式(alternate or accessory mode)、PD沟通等,总言之,CC透过USB type C接线管理主从两端之间的沟通。
(3)Vbus:供电用(power supply),CC pin接上,Vbus才供电
(4)D+ / D-:向下支持USB2.0用。
(5)SBU1 / SBU2:传输辅助信号用,DP Alt mode可利用此脚位传送AUX数据。
(6)GND:接地,电源和接地有4个,所以可以支持到100W。

CC工作原理及模型

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USB CC脚位工作模型

(1)DFP(Downstream Facing Port)为Host端,另一边的UFP(Upstream Facing Port)则为device端。在DFP

的CC pin会有上拉电阻Rp,在UFP则会有下拉电阻Rd。(Rp决定host端提供给device端的供电能力)

(2)在DFP与UFP未连接之,DFP的VBUS是没有输出的。当DFP与UFP连接后,CC pin相接,DFP的CC pin侦测到UFP pulldown Rd,表示接到Device,DFP便打开VBUS的FET开关,输出VBUS电源给UFP,也就是说在尚未侦测到CC PIN的设定之前,VBUS是不会供应任何电源给UFP端的。

(3)从上图可以明显得知,除了Ra之外,其余电阻都不该出现在cable之中,Ra数值如下图表格所述是一个区间值,一般使用1k ohm,如作为电源供应器的线材则可能会略低于800 ohm:

Ra电阻值区间
Ra电阻值区间

(4)Rp的数值是有被规范的,目前常见的56k ohm被规范为default USB power,一般用于兼容于传统USB构架,故常出现USB2.0/USB3.0的type A/B to type C的线材在type C端加入该电阻。其余电阻值请看

下图表格:
Rp电阻值区间

5)Rd在规范中仅有5.1k ohm,不会在cable中使用。

(6)有Ra的cable,内部一定都有e-mark IC,所以都会支持PD协议。没有Ra的cable一定就是passive cable,内部是没有IC的,当然一定不支持PD协议。

(7)CC pin的侦测可分为以下数种结果:
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Source端CC pin侦测结果总表↑

(8)正反插侦测

由于Type-C是支持正反插,CC pin被用来侦测正反插,从DFP的角度来看,当CC1接到Pulldown(Rd)就是正插,如果是CC2接到Pulldown就是反插。在侦测完正反插后,就会输出相对应的USB信号,例如CC1对应的是SSTX1与SSRX1。下图的右边整合了MUX,由于USB 3.1的data rate高达10 Gbps,为了避免PCB的走线出现分支,所以正反插进来的信号会由MUX来切换,正插时,切换到SSRX1&SSTX1,反插时,切换到SSRX2&SSTX2。
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Data传输路径示意图(蓝线为正插,红线为反插)

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