一文读懂USB Type-C接口＜一＞：引脚和功能指南

本文将介绍USB Type-C标准的一些最重要的特性。
你知道如何使用USB Type-C接口吗?本文列出了USB Type-C引脚的解剖结构，并简要介绍了其各种模式。
USB Type-C是一种USB连接器系统的规范，它在智能手机和移动设备中越来越受欢迎，能够提供电力和数据传输。

与之前的USB接口不同，它也是可翻转的，所以你不需要尝试三次插入。

本文将介绍USB Type-C标准的一些最重要的特性。在深入研究引脚并解释每个引脚的功能之前，我们将快速了解USB Type-C是什么以及它最擅长的功能。

什么是USB Type-C?

USB Type-C是一种相对较新的标准，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。这些特性可以使USB Type-C成为现代设备的真正通用连接标准。

USB- C还是USB Type-C?

这两个术语通常是可以互换的(我们将在本文中使用这两个术语)。虽然USB- C更常用，但USB Type-C是USB.org上列出的标准的官方名称。

USB Type-C特性

USB Type-C接口有三个主要特点:

它有一个可翻转的连接器。接口的设计使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，它可以支持第三方协议，如DisplayPort和HDMI的操作模式称为替代模式。
它允许设备协商并选择通过接口的适当功率流水平。

在接下来的章节中，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连接器有24个引脚，下图分别显示了USB Type-C插座(Receptacle，母座)和插头(Plug，公座)的引脚。

Pin描述：

VBUS & GND：电源引脚(4 x each)，可支持高达5A的电流
CC1/2：连接检测和电源的电流广播
VCONN：为有源线缆，电子标记线缆，VPD( (Video/Power/Data))和备用模式适配器提供高达1.5W的功率
D+/D-: USB数据线，用于BC1.2检测和USB2.0通信
TX/RX 1&2：超高速USB 3.1 Gen1/2数据通信线路
SBU1/2：边带引脚用于USB PD替代模式和模拟音频：
- DisplayPort: AUX通信
- 模拟音频：麦克风和AGND

USB 2.0 差分对信号

D+和D-引脚是用于USB 2.0连接的差分对。插座上有两个D+引脚和两个D-引脚。然而，这些引脚是各自两两相互连接的，实际上只有一个USB 2.0数据差分对可供使用。冗余只是为了提供一个可翻转的连接器。

Power and Ground Pins

VBUS和GND引脚是信号的电源和返回路径。默认VBUS电压为5V，但标准允许设备协商并选择默认值以外的VBUS电压。电源输出允许VBUS具有高达20V的电压，最大电流也可以提高到5A，因此，USB Type-C可以提供100W的最大功率。

Note：在PD3.1标准中，满足标准的线缆和接口，在通信协议下VBUS最高支持输出48V电压，5A电流，最大240W的功率。

这种高功率流在给笔记本电脑等大型设备充电时很有用。图3显示了RICHTEK的一个示例，其中使用降压-升压转换器产生所需的适当电压

Note：功率传输技术使USB Type-C比旧标准更通用，因为它使功率级别可以适应负载的需要。你可以用同一根线缆给你的智能手机和笔记本电脑充电。

RX and TX Pins

有两组RX差分对和两组TX差分对，这两个差分对中的一个RX和一个TX可以用于USB 3.0/USB 3.1协议。由于连接器是可翻转的，因此需要多路复用器才能通过线缆正确地传输所用差分对上的数据。
请注意，USB Type-C端口可以支持USB 3.0/3.1标准，但USB Type-C的最小功能集不包括USB 3.0/3.1。在这种情况下，RX/TX差分对不被USB 3.0/3.1连接使用，可以被其他USB Type-C功能(如替代模式和USB Power Delivery协议)使用。这些功能甚至可以利用所有可用的RX/TX差分对。

The CC1 and CC2 Pins

这些引脚是通道配置引脚。它们执行许多功能，如线缆连接和断开检测，插座/插头方向检测和电流广播。这些引脚也可用于供电和替代模式所需的通信。下面的图4显示了CC1和CC2引脚如何显示插座/插头的方向。

在这个图4中，DFP代表下行端口（Downstream Facing Port），向下游发送数据，它通常是设备所连接的主机或集线器上的端口。DFP 将为 VBUS 供电（主机与设备之间的电源路径），还可以为 VCONN 供电（为电子标记的电缆供电），包含DFP的典型应用是集线站。UFP表示上行端口（Upstream Facing Port），连接到主机或集线器的 DFP，接收设备或集线器上的数据，这类端口通常从 VBUS 中取电，包含 UFP 的典型应用是显示监视器。

其次还有双角色数据 (DRD) 端口，可以用作 DFP（主机）或 UFP（设备）。此类端口在连接时的电源角色决定了其初始角色。源端口承担DFP的数据角色，而接收端口承担UFP的数据角色。不过，通过使用USB PD数据角色交换功能，可以动态地更改此类端口的数据角色。包含DRD端口的典型应用是笔记本电脑、平板电脑和智能手机。

DFP通过Rp电阻拉起CC1和CC2引脚，但UFP通过Rd将它们拉下来。DFP 检测到其 CC 线之一被下拉后，DFP 就知道已连接已建立；如果没有电缆连接，源端看到CC1和CC2引脚的逻辑高。

电缆方向取决于下拉的CC线（如果CC1下拉，则电缆不翻转；但如果CC2下拉，电缆会翻转）。对于无源电缆，另一条CC线保持打开状态；对于有源电缆，另一条 CC 线将通过 Ra 下拉。连接USB Type-C线缆创建一个从5V电源到地的电流路径。由于USB Type-C线缆内部只有一条CC线，所以只形成一条电流路径。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引脚将具有低于5 V的电压，但DFP CC2引脚将仍然处于逻辑高电平。因此，监测DFP的CC1和CC2引脚上的电压，我们可以确定电缆的连接情况及其方向。

除了电缆方向外，Rp-Rd路径还用作一种沟通源端电流供给能力信息的方式。Rp的值决定载流能力，DFP可以通过一个具有特定值的上拉电阻器来广播其载流能力，UFP包含一个具有固定值的下拉电阻器 (Rd)，能够在连接时与Rp一起形成一个分压器。通过感应分压器中心抽头处的电压，UFP可以检测到DFP的广播电流。为此，功率消耗者(UFP)监测CC线路上的电压，当CC线上的电压达到其最低值(约0.41 V)时，该电源可以提供默认的USB功率，分别为USB 2.0和USB 3.0提供500mA和900mA。当CC线电压约为0.92V时，源端可提供1.5A的电流。最高的CC线电压约为1.68V，对应的电源电流能力为3A。

The VCONN Pin

如上所述，USB Type-C旨在提供快速的数据传输速度以及高等级的功率流。这些特性可能需要使用特殊的电缆，这些电缆通过在内部使用芯片进行电子标记。此外，一些有源电缆利用重新驱动芯片来加强信号和补偿电缆造成的损失等。在这种情况下，我们可以通过对VCONN引脚施加5V，1W的电源来为电缆内部的电路供电。如图5所示。

如您所见，有源电缆使用Ra电阻拉下CC2引脚。Ra的值与Rd不同，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方向。确定电缆方向后，与“有源电缆IC”对应的通道配置引脚将连接到5v, 1w的电源，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引脚连接到由VCONN表示的电源。

The SBU1 and SBU2 Pins

这两个引脚对应于仅在替代模式下使用的低速信号路径。

The USB Power Delivery

现在我们已经熟悉了USB- Type C标准的钉扎，让我们简要了解一下USB电源传输。

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级别的功率流。这些功率协商是通过一个名为USB Power Delivery的协议实现的，该协议是在上面讨论的CC线路上的单线通信。下面的图6显示了一个USB电源传输的示例，其中接收端口向源端口发送请求并根据需要调整VBUS电压。首先，接收端口要求一个9伏的总线，在source端电源将母线电压稳定在9V后，它向接收端口发送一个“电源准备就绪”的消息。然后，接收端口请求5V总线，source提供稳定的5V后，并再次发送“电源就绪”消息。