吴忠躺衫网络科技有限公司

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

USB Type-C型接口設計方案

CHANBAEK ? 來源:吃面小哥 ? 作者: Morgen ? 2023-11-18 15:02 ? 次閱讀

USB-C 接口設計

USB Type-C 型接口之所以能被絕大多數電子設備采用,簡單來說它具有如下優勢:①支持正反插、②支持雙向最大100W 電力傳輸、③支持協議擴展。

這三個功能都離不開Type-C 接口中的 Configuration Channel,簡稱 cc。

什么是 Configuration Channel (cc) ?

如上圖所示,它是位于 Type-C Connector 中的兩個 pin(A5、B5),是 Host 和 Device 之間重要的配置通道。

Type-C 的 Receptacle 和 Plug 連接后,不僅僅有 cc 的電平識別,還有基于 cc 的 PD 協議通訊。因此 cc 的主要功能是,Detection Device,Check Positive and negative,Configure Data Bus,Negotiate Power For Vbus,Discover and Configure Alternate Mode。

三種 Type-C Port 硬件線路設計

一個 USB-C 接口到底是Power Source,還是 Power Sink,并不取決于它是

Type-C Receptacle 還是 Plug。兩個 Type-C 連接器連接后,電源最初方向和

內部 cc pin 電平密切相關。對于 Type-C 接口有三種硬件設計類型,如下所述。

A. Source Configuration Channel Functional Model

即硬件設計上作為一個 Power Source Port(和 Receptacle/Plug 無關),有如下功能:

  1. Source 端的 PD Controller 使用 FET 去控制 Vbus 的 Power,未連接 Sink 時Vbus 關閉。
  2. Source 端分別在 cc1/2 上連接 Rp 電阻,當 Sink 設備接入,cc 電壓會被 Sink 設備上的 Rd 拉低一定程度,因此 Source 端根據 cc 電壓即可判斷是否有 Sink 接入。
  3. Source 端根據 cc pin 拉低的情況,偵測并建立正確的 USB3.0 Data Path,控制 MUX 保證USB3.0 data path 處于導通狀態。同時決定用未拉低的 cc pin 作為 Vconn輸出,拉低的 cc pin 作為 PD 通訊。
  4. Source 端一旦檢測到 Sink 接入,就會提供 Vbus 和 Vconn Power。
  5. Source 端能夠動態調整 Rp 的值,改變提供給 Sink 的 Current Level。
  6. Source 端會持續檢測 cc 電壓狀態,以判斷 Sink 是否處于接入狀態。一旦 Sink 移除,Source 會關閉 Vbus 和 Vconn。

圖片

B. Sink Configuration Channel Functional Model

即硬件設計上作為一個 Power Sink Port(和 Receptacle/Plug 無關),有如下功能:

  1. Sink 端在 cc1/2 上同時接 Rd 電阻,以改變 Power Source 端 cc 電壓。
  2. Sink 端以 Vbus 上是否有 Power 判斷 Source 端是否接入
  3. Sink 端根據 cc pin 拉高的情況,偵測并建立正確的 USB3.0 Data Path,控制 MUX 保證 USB3.0 data path 處于導通狀態。
  4. Sink 端可以根據實際設計,偵測 cc 電壓(Power Source 端 Rp 值不同,cc 分壓不同),以判斷Source 端當前的 Current Level。同時需要管控自身的負載,防止 Source 端過流。

圖片

C. DRP Configuration Channel Functional Model

即硬件設計上作為一個 DRP,即 Dual Role Power(和 Receptacle/Plug 無關)既可以供電也可以受電,有如下功能:

  1. DRP 端使用 FET 去控制 Vbus 的 Power,作為 Source 時,默認 Vbus 關閉。
  2. DRP 端使用開關,分時連接 Rp 或者 Rd,使其對外呈現的 Source 和 Sink 狀態來回切換。
  3. 關于 Source、Sink 的切換,在最開始連接時,有如下邏輯
    a. 在建立連接狀態前,DRP 呈現的 Source 或者 Sink 會來回切換。切換周期為
    tDRP(500--100ms),Rp 呈現的時間為 dcSRC.DRP(30%--70%),切
    換時間為 tDRPTransition(0--1ms)。Type-C 接口規范定義 Rp 呈現時間
    是在 30%--70%占空比范圍內變化的。但是有些 PD 設計為沒有變化,固定
    50%占空比。
    b. 當 DRP 呈現為 Power Source 時,遵循 Source Port 行為。
    c. 當 DRP 呈現為 Power Sink 時, 遵循 Sink Port 行為。

圖片

USB-C 接口功能

基于上述三種Type-C 接口硬件設計,僅依靠 cc 電壓識別就可以完成如下功能。

連接偵測

Type-C 接口的 Vbus 默認是沒有電壓的。當 Source 端偵測到 Sink 接入后,才會在 Vbus 上輸出 Power。如下圖,Source 端在兩個 cc pin 上呈現上拉電阻 Rp,對外都呈現高電平。Sink 端在兩個 cc pin 上呈現下拉電阻 Rd,對外呈現都呈現低電平。

Type-C to Type-C Cable 上設計一個 cc 下拉 Rd,一個 cc 下拉 Ra。當 Source 端偵測到 cc 電壓變化后,即認為有 Device 接入。

Power Source 端會在 Rd 下拉的 cc pin 上完成后續的 PD 協議通訊,在 Ra 下拉

的 cc pin 上輸出 Vcoon Power。

圖片

正反偵測

Type-C 接口規范定義 cc1 pin 接 Rd 后,為正向接入。cc2 pin 接 Rd 后,認為是反向接入。然而實際使用中,無法確定哪個是 cc1 pin 哪個是 cc2,因此正反插都是相對而言。

圖片

圖片

Power 能力識別

在單純的 Type-C 接口中,即使沒有 PD 通訊,Power Sink 端也可以識別到 Power Source 端的供電能力。

圖片

Power Sink 端偵測到 cc pin 上的電壓值,即可判斷出 Power Source 端供電能力。Power Source 端 Rp 取值情況,以及 cc 通訊時電壓如下表。

Pull up to 5VPull up to 5Vcc VoltagePull up to 3.3VPull up to 3.3Vcc Voltage
Default USB Power(500mA)56k0.417v36k0.409v
1.5A22k0.940v12k0.984v
3A10k1.688v4.7k1.717v

如下示波器波形,是 Pull High 是 3.3V,聲明 5V@3A 的情況下,cc 通訊時

電壓為,(5.1/(4.7+5.1)*3.3=1.1717V。

圖片

圖片

Cable 偵測

對于 Type-C to Type-C 的轉接線來說,其內部只有一個 cc pin 用于導通 Host/Device 端的 cc,用于 PD 協議通訊。

對于不含 e-Mark 的 Passive Cable 不存在另外一個 cc pin,內部是斷開的。

圖片

對于有 e-Mark 的 Active Cable,另外一個 cc pin 設計下拉電阻 Ra,大小為 800-1200Ω。

圖片

當 Source 在 cc pin 檢測到 Ra 時,會在對應的 cc pin 上輸出 Vconn Power 用于給 Active Cable 中的 IC供電,以便 Source 端讀取 e-Mark 中存儲的 Cable 信息。一般來說 Vconn 電壓 2.7-5.5V,功率最大 1.5W。

e-Mark IC 是一個 Support PD 協議的控制器,內部存儲了 Cable 的 Data/Power 傳輸能力。

某些 Active Cable 中還存在 Re-Driver 用于增強高速信號的驅動能力。

圖片

數據線配置

在 USB-C Receptacle 接口中,是有兩組 USB2.0 信號的,所以不管 Plug 以何種

方向接入,USB2.0 信號總是正常導通的。但是對于 USB、DP、TBT、PCIe 等高速信號必須用 MUX 芯片完成切換才能正常導通。

以 PS8812 6進4出 MUX 為例,傳輸 USB3.0 信號時。

正插,USB3.0 信號走 Rx/Tx-1。

反插,USB3.0 信號走 Rx/Tx-2。

所以 PD 芯片需要偵測到正反插,然后通過 GPIO 告知 PS8812 切換內部開關,導通 USB3.0 信號。

圖片

以 PS8812 6進4出 MUX 為例,傳輸 USB3.0 + DP 信號時。

正插,USB3.0 信號走 Rx/Tx-1,2-Lane DP 走 Rx/Tx-2。

反插,USB3.0 信號走 Rx/Tx-2,2-Lane DP 走 Rx/Tx-1。

所以 PD 芯片需要偵測到正反插,然后通過 GPIO 告知 PS8812 切換內部開關,導通 USB3.0 和 DP 信號。

圖片

如下兩種功能需要 PD 協議配合

PD 供電協商

對于 USB-C 接口,由于硬件的設計,連接后默認 Power Source 端只會提供最大

15W(5V@3A) 的供電,而且反向不可再切換供電方向。借助于 PD 協議,USB-C 口在連接后,可以協商供電功方向和供電功率(最大100W,20V@5A)。

AltMode 配置

對于 USB-C 接口,不局限于傳輸 USB2.0 和 USB3.0 信號。還可以借助于 PD 協議配置AltMode,支持 DP、TBT、PCIe、USB4 等協議的傳輸。

常見的幾種連接 Type-C 接口連接

Source Only 和 Sink Only 連接,兩端安照各自 Power 角色繼續工作。

圖片

Source Only 和 DRP 連接,當 DRP 的 cc 呈現低電平時,兩端連接狀態建立。

DRP 端按照Power Sink 角色繼續工作。

圖片

Sink Only 和 DRP 連接,當 DRP 的 cc 呈現高電平時,兩端連接狀態建立。

DRP 端按照Power Source 角色繼續工作。

圖片

當 DRP 和 DRP 連接。按照標準,DRP 的 Rp 和 Rd 是動態切換的,而且變化頻率不固定。因此 DRP 連接后,Source/Sink 是隨機建立的。一旦 Source 和 Sink 確定,各自按照其角色繼續工作。根據需要借助于 PD 協議完成高級的 Power Level 協商和 Power Direction 切換。

圖片

USB-C 兼容設計

USB Type-C 作為一個全新的 USB 接口,和 USB Type-A/B 接口是完全不同的設計,兼容性必然是 Type-C 接口需要考慮的問題,主要是電源兼容和 USB 通訊兼容。

Type-C 接口實際使用時必須和當下 Type-A/B 的 Host、Device、Cable 相互兼容,轉接線就必不可少了。USB Type-C 規范針對兼容的轉接線也提出了設計規范。

Type-A 接口設計

本文僅以 USB Type-A 型標準接口對比闡述 USB-C 接口的兼容設計,所以先介紹下 USB Type-A 型接口的電源和 USB 通訊。

對于 USB Type-A 型接口,Receptacle 端必然是 Power Source,Plug 端必然是 Power Sink。對于 USB2.0 接口只有 D+/- 負責 USB2.0 通訊。

對于 USB3.0 接口兼容 USB2.0,D+/- 負責 USB2.0 通訊,Tx/Rx 差分信號線負責 USB3.0 通訊。

圖片

兼容 Type-A

USB Type-C 接口為了兼容 Type-A 接口,設計了兩種轉接線。

Type-C Plug 轉 Type-A Plug

圖片

圖片

如上圖,Type-C Plug 內部設計 Rp,呈現為 Power Source。不管 Type-C Plug 接入 Power Sink 或者 DRP 接口都能作為供電端。

另一端 Type-A Plug 只能作為 Power Sink 連接 Power Source 的 Type-A Receptacle 取電。

圖片

上述表格即是 USB Type-C 轉 Type-A Plug 連接線的內部引線順序。

需要注意的是 A5需要通過 Rp 連接至 Vbus。其他未描述引腳全部懸空。

Type-C Plug 轉 Type-A Receptacle

圖片

圖片

如上圖,Type-C Plug 內部設計 Rd,呈現為 Power Sink。不管 Type-C Plug 接入 Power Source 或者 DRP 接口都能作為受電端。

如此轉接線的另一端 Type-A Receptacle 就可以作為 Power Source。

圖片

上述表格即是 USB Type-C 轉 Type-A Receptacle 轉接線的內部引線順序。

需要注意的是 A5需要通過 Rd 連接至 GND。其他未描述引腳全部懸空。

當然除了 Type-C 接口規范中定義的轉接口外,還能見到 Type-C Receptacle 轉 Type-A Plug,原理和上述轉接口類似。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • 連接器
    +關注

    關注

    98

    文章

    14656

    瀏覽量

    137239
  • 接口
    +關注

    關注

    33

    文章

    8691

    瀏覽量

    151917
  • usb
    usb
    +關注

    關注

    60

    文章

    7980

    瀏覽量

    266092
  • USB-C
    +關注

    關注

    2

    文章

    374

    瀏覽量

    34212
  • type-c
    +關注

    關注

    549

    文章

    1832

    瀏覽量

    269197
收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    常見USB接口類型 Type-C接口功能和電氣規范

    隨著USB Type-C接口的推行,USB Type-C是一種通用串行總線(USB)的硬件
    的頭像 發表于 11-18 14:50 ?4072次閱讀
    常見<b class='flag-5'>USB</b><b class='flag-5'>接口</b>類型 <b class='flag-5'>Type-C</b><b class='flag-5'>接口</b>功能和電氣規范

    Type-C USB到底是什么?

    第1頁:多功能正反插 蘋果讓大眾認識Type-CType-C”這個名稱隨著蘋果全新一代MacBook筆記本電腦的發布而變得人盡皆知,很多人都驚呼“哇!一個接口就可以充當USB、視頻輸
    發表于 05-12 14:02

    USB Type-C接口應用

    供電、1.5A和3A三種電流模式。在DFP模式下,可檢測出設備的正反插以及告知設備的供電能力。在UFP模式下,通過內部AD監測可識別出主機的供電能力。USB Type-C 接口USB
    發表于 08-15 14:24

    東芝推出采用Type-C接口的雙面USBType-C接口使用簡單方便

    全球存儲領導品牌東芝日前推出了一款采用Type-C接口的雙面USB優盤——TransMemory EX Dual U382,靈活的便攜性和Type-C加上
    發表于 09-08 11:44 ?5425次閱讀

    USB Type-C接口資料合集免費下載

    本文檔的主要內容詳細介紹的是USB Type-C接口資料合集免費下載。主要內容包括了:如何測試 USB Type-C 交替模式和在其上運行的
    發表于 11-26 08:00 ?326次下載
    <b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>Type-C</b><b class='flag-5'>接口</b>資料合集免費下載

    USB Type-C拓展塢方案特點及相關信息

    USB Type-C 拓展塢主要用于Type-C接口功能擴展,可方便實現Type-C擴展USB3
    的頭像 發表于 10-16 09:56 ?1.3w次閱讀

    Type-C時代大趨勢之下,東芝發布USB Type-C接口優盤

    全球存儲領導品牌東芝日前推出了一款采用Type-C接口的雙面USB優盤——TransMemory EX Dual U382,靈活的便攜性和Type-C加上
    發表于 12-31 13:54 ?2162次閱讀

    如何分清usb-ctype-c的區別 usb-ctype-c和其他接口有什么不同

    如何分清usb-ctype-c的區別,它們和其他接口又有什么不同 現在的智能手機非常先進,但是先進的同時又給手機電池的電量帶來了巨大損耗,一天充一次電對于智能手機來說已經是常態了,充電接口
    的頭像 發表于 04-13 16:38 ?11.5w次閱讀

    USB Type-C拓展塢方案簡介

    USB Type-C 拓展塢主要用于Type-C接口功能擴展,可方便實現Type-C擴展USB3
    的頭像 發表于 09-05 14:33 ?7796次閱讀
    <b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>Type-C</b>拓展塢<b class='flag-5'>方案</b>簡介

    type-cUSB-c有什么區別 type-cUSB-c接口原理

    Type-CUSB-C 實際上指的是同一種接口標準。USB-C 是一種通用的連接標準,而 Type-C 則是一種物理連接型態。
    的頭像 發表于 09-01 16:50 ?3.2w次閱讀

    USB Type-C直角線纜的6個優勢

    的設備采用了USB Type-C接口作為標準連接方式。相比于傳統的USB接口USB
    的頭像 發表于 11-27 17:08 ?768次閱讀

    usb-ctype-c的區別

    usb-ctype-c的區別? USB-CType-C是同一種接口,用于連接電子設備和充電設備。US
    的頭像 發表于 12-08 10:10 ?1.1w次閱讀

    USB Type-C接口定義

    主流的接口類型。 Type-C接口USB Implementers Forum制定,全名為USB Ty
    的頭像 發表于 03-20 11:24 ?3231次閱讀

    USB Type-C 拓展塢芯片方案

    USB Type-C 拓展塢主要用于Type-C接口功能擴展
    的頭像 發表于 04-19 10:54 ?1760次閱讀
    <b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>Type-C</b> 拓展塢芯片<b class='flag-5'>方案</b>

    usb接口type-c接口區別

    USB接口Type-C接口是兩種不同的數據傳輸和電源接口,它們在設計、功能和應用方面有著顯著的區別。 1. 歷史背景
    的頭像 發表于 10-10 10:22 ?4536次閱讀
    长春百家乐官网的玩法技巧和规则 | 百家乐路单破解软件| 必胜娱乐城| 百家乐在线怎么玩| 12倍百家乐官网秘籍| 威尼斯人娱乐场积分| 百家乐官网款| 上林县| 百家乐官网德州| 白朗县| 宝龙百家乐的玩法技巧和规则| 澳门百家乐官网真人娱乐场 | 大发888体育娱乐场| 百家乐趋势方向| 百家乐官网国际娱乐城| 老虎机下载| 百家乐官网娱乐网址| 顶尖娱乐城开户| 百家乐8点直赢| 曼哈顿百家乐官网娱乐城| 皇冠走地| 现金百家乐下载| 百家乐官网玩牌| 内黄县| 威尼斯人娱乐城网址是什么 | 丰禾线上娱乐| 广州百家乐筹码| 送58百家乐官网的玩法技巧和规则| 衡东县| 大发888娱乐英皇国际| 最好的百家乐娱乐场| 百家乐官网群号| 优博娱乐网址| 百家乐论坛官网| 博发百家乐官网的玩法技巧和规则| 廊坊市| 德州扑克保险| 筹码百家乐的玩法技巧和规则| 百家乐官网77scs官网| 百家乐官网公式球打法| 998棋牌游戏下载|