一、Type-C簡介

USB Type-C是一種相對(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。這些功能可以使USB Type-C成為現(xiàn)代設(shè)備的真正通用連接標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 三種USB接口

對(duì)于傳統(tǒng)的USB Type-A或Type-B的設(shè)備，在接口定義中就已經(jīng)規(guī)范了供電接口(Source)和受電接口(Sink)的形態(tài)，因此不必?fù)?dān)心反接或錯(cuò)接的行為。而對(duì)于Type-C接口的設(shè)備，由于不存在這些區(qū)別，用戶無法獲知其接口的類型，因此需要Type-C控制器自身完成。那么Type-C接口是如何實(shí)現(xiàn)相互識(shí)別的，又是如何提供正確的供電邏輯的?

二、Type-C接口的引腳定義

Type-C接口分為母頭(Receptacle)和公頭(Plug)。完整的Type-C引腳為24個(gè)。

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，引腳相互連接，實(shí)際上只有一個(gè)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。默認(rèn)的VBUS電壓為5 V，但標(biāo)準(zhǔn)允許器件協(xié)商并選擇VBUS電壓而不是默認(rèn)值。電源傳輸允許VBUS具有高達(dá)20 V的電壓。最大電流也可以升高到5A。因此，USB Type-C可以提供100 W的最大功率。 當(dāng)為諸如筆記本電腦的大型設(shè)備充電時(shí)，高功率流可能是有用的。圖3顯示了RICHTEK的示例，其中降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器用于生成筆記本電腦所請(qǐng)求的適當(dāng)電壓。

RICHTEK示例 請(qǐng)注意，電源傳輸技術(shù)使USB Type-C比舊標(biāo)準(zhǔn)更通用，因?yàn)樗构β仕竭m應(yīng)負(fù)載的需要。您可以使用同一根電纜為智能手機(jī)和筆記本電腦充電。

當(dāng)然，在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，工程師會(huì)根據(jù)產(chǎn)品定義適當(dāng)縮減Pin腳數(shù)量以節(jié)約成本。例如，對(duì)于只提供充電的產(chǎn)品，如電源適配器，這類產(chǎn)品不需要USB3.0的高速數(shù)據(jù)通信，因此只保留CC、VBUS、GND和D+/D-引腳（感謝關(guān)注公眾號(hào)：硬件筆記本）。

（a）

（b）

圖2 USBType-C母頭(a)和公頭(b)的引腳定義

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)以及TX對(duì)可用于USB 3.0 / USB 3.1協(xié)議。由于連接器是可翻轉(zhuǎn)的，因此需要多路復(fù)用器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USB Type-C的最小功能集不包括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)，并且可以被其他USB Type-C功能使用，例如備用模式和USB供電協(xié)議。這些功能甚至可以利用所有可用的RX / TX差分對(duì)。

? CC1和CC2針腳 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，插座/插頭方向檢測和當(dāng)前廣告。這些引腳也可用于Power Delivery和Alternate Mode所需的通信。 下面的圖4顯示了CC1和CC2引腳如何顯示插座/插頭方向。在此圖中，DFP代表下游面向端口，該端口充當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸中的主機(jī)或電源。UFP表示上游面向端口，它是連接到主機(jī)或電力消費(fèi)者的設(shè)備。

圖4.CC1和CC2引腳 ? DFP通過Rp電阻上拉CC1和CC2引腳，但UFP通過Rd將它們拉低。如果沒有連接電纜，則源在CC1和CC2引腳處看到邏輯高電平。連接USB Type-C電纜可創(chuàng)建從5V電源到地的電流路徑。 由于USB Type-C電纜內(nèi)只有一根CC線，因此只形成一條電流路徑。例如，在圖4的上圖中，DFP的CC1引腳連接到UFP的CC1引腳。因此，DFP CC1引腳的電壓低于5 V，但DFP CC2引腳仍處于邏輯高電平。因此，監(jiān)控DFP CC1和CC2引腳上的電壓，我們可以確定電纜連接及其方向。 除電纜方向外，Rp-Rd路徑還用作傳遞源電流能力信息的方式。為此，功耗（UFP）監(jiān)視CC線上的電壓。

當(dāng)CC線上的電壓具有其最低值（約0.41 V）時(shí)，源可以分別為USB 2.0和USB 3.0提供500 mA和900 mA的默認(rèn)USB電源。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CC線電壓約為1.68 V，對(duì)應(yīng)于3A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。這些特征可能需要使用通過在內(nèi)部使用芯片進(jìn)行電子標(biāo)記的特殊電纜。此外，一些有源電纜利用重新驅(qū)動(dòng)芯片來加強(qiáng)信號(hào)并補(bǔ)償電纜等引起的損耗。在這些情況下，我們可以通過施加5 V，1 W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.VCONN引腳 如您所見，有源線纜使用Ra電阻來下拉CC2引腳。Ra的值與Rd不同，因此DFP仍然可以通過檢查DFP CC1和CC2引腳上的電壓來確定電纜方向。確定電纜方向后，與“有源電纜IC”對(duì)應(yīng)的通道配置引腳將連接到5 V，1 W電源，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VCONN表示的電源。 ? SBU1和SBU2針腳 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。

三、Type-C設(shè)備之間如何識(shí)別

就供電而言，Type-C設(shè)備可分為三類

1. 只能作為供電端(Source)的Type-C設(shè)備，如Type-C充電器等

2. 只能作為受電端(Sink)的Type-C設(shè)備，如Type-C手機(jī)等

3. 既可以作為供電端(Source)，又可以作為受電端(Sink)的Type-C設(shè)備(DRP，Dual RolePort)，如Type-C筆記本，雙向充電寶等。

顯然，當(dāng)兩個(gè)Type-C設(shè)備通過C2C線材連接在一起時(shí)，雙方必須知道對(duì)方屬于何種類型的設(shè)備，否則會(huì)帶來不理想的充電(如反向充電)，或者不充電，甚至導(dǎo)致產(chǎn)生安全問題。

例如，當(dāng)用戶利用充電器(Source)給Type-C雙向充電寶(DRP)充電時(shí)，理想情況下，充電寶應(yīng)當(dāng)“擔(dān)任”Sink的角色。然而，由于設(shè)備類型識(shí)別錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致充電寶“擔(dān)任”Source角色而發(fā)生“電流倒灌”的現(xiàn)象，損壞兩方設(shè)備（感謝關(guān)注公眾號(hào)：硬件筆記本）。

Type-C接口規(guī)范通過CC引腳的一系列“上拉”和“下拉”的機(jī)制來區(qū)分Source、Sink以及DRP。對(duì)于Source設(shè)備，要求CC引腳配置上拉電阻Rp;對(duì)于Sink設(shè)備，要求CC引腳配置下拉電阻Rd; 而對(duì)于DRP設(shè)備，要求通過切換開關(guān)，交替性地切換上拉和下拉。

圖3 CC引腳的“上拉”和“下拉”

Source通過檢測Rp端的CC引腳判斷是否有設(shè)備接入，Sink通過檢測Rd端的CC引腳判斷正反插的方向。

下拉電阻Rd=5.1k，上拉電阻Rp根據(jù)其供電能力和上拉電壓不同而設(shè)定。USB Type-C的供電能力有如下幾種：

1. 默認(rèn)USB供電能力(Default USB Power)。USB2.0接口為500mA; USB3.2接口為900mA和1500mA

2. BC1.2(BatteryCharge 1.2)協(xié)議。支持最大功率7.5W，即5V1.5A

3. USB Type-C電流1.5A(USB Type-C Current 1.5A)，支持最大功率7.5W，即5V1.5A

4. USB Type-C電流3A(USB Type-C Current 3A), 支持最大功率15W，即5V3A

5. USB PD(USB PowerDelivery)協(xié)議, 支持最大功率100W，即20V5A

這五種供電能力優(yōu)先級(jí)依次升高，且供電功率也逐漸提高。高優(yōu)先級(jí)的供電能力會(huì)覆蓋低優(yōu)先級(jí)的供電能力。其中Default USB Power，USB Type-C Current 1.5A和USB Type-C Current 3A可通過配置Rp值來設(shè)置（感謝關(guān)注公眾號(hào)：硬件筆記本）。

當(dāng)兩個(gè)設(shè)備連接完成后，Sink通過檢測Rp和Rd的分壓值vRd獲取Source的供電能力。如下為Rp值，vRd電壓范圍與Source供電能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4 Rp值，vRd電壓范圍與Source供電能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系

與此同時(shí)，設(shè)備的另一個(gè)CC已經(jīng)被懸空或者通過Ra=1k下拉。若有Ra下拉，則說明USB-C線材內(nèi)置eMarker芯片，需要Source端通過切換該引腳至VCONN為線材供電。

至此，我們已經(jīng)解釋了設(shè)備之間通過“上拉”或“下拉”，或者在二者之前交替性切換，來判斷Source、Sink以及DRP，并通過Rp電阻值，vRd電壓值設(shè)置和判斷Source的供電能力。

審核編輯：黃飛

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