TYPE C接口定義參考模板

1、TYPE-C工作原理1 / 14一、Type-C簡(jiǎn)介以及歷史自1998年以來(lái)，USB發(fā)布至今，USB已經(jīng)走過(guò)20個(gè)年頭有余了。在這20年間，USB-IF組織發(fā)布N種接口狀態(tài)，包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等接口形態(tài)，由于各家產(chǎn)品的喜好不同，不同產(chǎn)品使用不同類型的插座，因此悲劇來(lái)了，我們也要常備N中不明用途的接口轉(zhuǎn)接線材。圖1 USB協(xié)議發(fā)布時(shí)間節(jié)點(diǎn)而對(duì)于Type-C來(lái)說(shuō)，看起來(lái)USB標(biāo)準(zhǔn)化組織也是意識(shí)到統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，在定義標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，除了硬件接口定義上，還增加了一部分“個(gè)性化”特點(diǎn)。分別是什么呢？1.1 定義了全新的接口形態(tài)接口大小跟Micro U

2、SB相近，約為8.3mm x 2.5mm，支持正反插，同時(shí)也規(guī)范了對(duì)應(yīng)的線材，接口定義如下（線材端只有一對(duì)USB2.0 DATA）：在插座定義上，定義了如下兩種插座：a）全功能的Type-C插座，可以用于支持USB2.0、USB3.1、等特性的平臺(tái)和設(shè)備。b）USB 2.0 Type-C插座，只可以用在支持USB2.0的平臺(tái)和設(shè)備上。在插頭定義上，定義了如下三種插頭：a）全功能的Type-C插頭，可以用于支持USB2.0、USB3.1、等特性的平臺(tái)和設(shè)備。b）USB 2.0 Type-C插頭，只可以用在支持USB2.0的平臺(tái)和設(shè)備上。c）USB Type-C Power-Only插頭，用在那些

3、只需要供電設(shè)備上（如充電器）。在線纜定義上，定義了如下三種線纜：a）兩端都是全功能Type-C插頭的全功能Type-C線纜。b）兩端都是USB 2.0 Type-C插頭的USB 2.0 Type-C線纜。c）只有一端是Type-C插頭（全功能Type-C插頭或者USB 2.0 Type-C插頭）的線纜。還定義了N種為了兼容舊設(shè)備的線纜：a）一種線纜，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Type-A插頭。b）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Type-A插頭。c）一種線纜，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Type

4、-B插頭。d）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Type-B插頭。e）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Mini-B插頭。f）一種線纜，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Micro-B插頭。g）一種線纜，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Micro-B插頭。h）一種適配器，一端是全功能的Type-C插頭，另一端是USB 3.1 Type-A插座。i）一種適配器，一端是USB 2.0 Type-C插頭，另一端是USB 2.0 Micro-B插座。以上這些線材，我們知

5、道，Type-A接的是HOST，所以轉(zhuǎn)接線中，CC引腳需要接上拉電阻。Type-B接的是Device，因此CC引腳需要接下拉電阻。其中，具備全功能的Type-C應(yīng)該具備E-Marker功能，由于具備E-Marker，線纜能夠被讀到其帶電流的能力、特性、線材ID等等。E-Marker的供電電源來(lái)自于VCONN，如何知道線纜需要VCONN呢？線纜會(huì)通過(guò)下拉的電阻Ra，Source檢測(cè)到之后會(huì)提供VCONN。1.2傳輸速率，供電效能最大傳輸速度10Gb/s,即是USB 3.1 Gen2標(biāo)準(zhǔn)，也支持4 Lane DP模式，傳輸高清圖像，在供電部分，最大可以支持100W（20V/5A）1.3 “個(gè)性化”

6、協(xié)商機(jī)制由于端口一致，線材兩端接口也一直，為了能夠區(qū)分兩端USB設(shè)備的角色（Host/Device），必須有一套協(xié)商機(jī)制，便于進(jìn)行角色確認(rèn)，這部分通過(guò)CC(Configuration Channel)管腳進(jìn)行設(shè)置。后面隨著PD規(guī)范的面世，CC腳開(kāi)始被用來(lái)做簡(jiǎn)單的半雙工通信，用來(lái)完成POWER供給的協(xié)商1.4 強(qiáng)悍的一統(tǒng)天下的態(tài)勢(shì)由于Type-C的擴(kuò)展功能（SBU1/SBU2），大部分配件諸如耳機(jī)、視頻接口、Debug接口等等都可以實(shí)現(xiàn)兼容設(shè)計(jì)，成功逆襲以往所有的USB標(biāo)準(zhǔn)，成功上位！二、Type-C Port的Data Role、Power Role2.1 Type-C的 Data Role在

7、USB2.0端口，USB根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚨x了HOST/Device/OTG三種角色，其中OTG即可作為HOST，也可作為Device，在Type-C中，也有類似的定義，只是名字有了些許修改。如下所示：（1）DFP(Downstream Facing Port)：下行端口，可以理解為Host或者是HUB，DFP提供VBUS、VCONN，可以接收數(shù)據(jù)。在協(xié)議規(guī)范中DFP特指數(shù)據(jù)的下行傳輸，籠統(tǒng)意義上指的是數(shù)據(jù)下行和對(duì)外提供電源的設(shè)備。（2）UFP（Upstream Facing Port）：上行端口，可以理解為Device，UFP從VBUS中取電，并可提供數(shù)據(jù)。典型設(shè)備是U盤，移動(dòng)硬盤。（3）

8、DRP（Dual Role Port）：請(qǐng)注意DRP分為DRD(Dual Role Data)/DRP(Dual Role Power)雙角色端口，類似于以前的OTG，DRP既可以做DFP(Host)，也可以做UFP(Device)，也可以在DFP與UFP間動(dòng)態(tài)切換。典型的DRP設(shè)備是筆記本電腦。設(shè)備剛連接時(shí)作為哪一種角色，由端口的Power Role（參考后面的介紹）決定；后續(xù)也可以通過(guò)switch過(guò)程更改（如果支持USB PD協(xié)議的話）。2.2 Type-C的Power Role根據(jù)USB PORT的供電（或者受電）情況，USB Type-C將port劃分為Source、Sink等powe

9、r角色如下圖顯示常用設(shè)備的Data Role和Power RolePower Role 詳細(xì)可以分為：a）Source Onlyb）默認(rèn)Source，但是偶爾能夠通過(guò)PD SWAP切換為SINK模式c）Sink Onlyd）默認(rèn)SINK，但是偶爾能夠通過(guò)PD SWAP切換為Source模式e）Source/SINK 輪換f）Sourcing Device （能供電的Device，顯示器）g）Sinking Host（吃電的Host，筆記本電腦）三、Type-C的Data/Power Role識(shí)別協(xié)商/Alt ModeUSB Type-C的插座中有兩個(gè)CC腳，以下的角色檢測(cè)，都是通過(guò)CC腳進(jìn)行的

10、，但是對(duì)于插頭、或者線纜正常只有一個(gè)CC引腳，兩個(gè)端口連接在一起之后，只存在一個(gè)CC引腳連接，通過(guò)檢測(cè)哪一個(gè)CC有連接，就可以判斷連接的方向。如果USB線纜中有需供電的器件，其中一個(gè)CC引腳將作為VCONN供電。3.1 CC引腳有如下作用：a）檢測(cè)USB Type-C端口的插入，如Source接入到Sinkb）用于判斷插入方向，翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)鏈路c）在兩個(gè)連接的Port之間，建立對(duì)應(yīng)的Data Roled）配置VBUS，通過(guò)下拉電阻判斷規(guī)格，在PD協(xié)商中使用，為半雙工模式e）配置VCONNf）檢測(cè)還有配置其他可選的配置模式，如耳機(jī)或者其他模式3.2 連接方向、Data Role、Power Role

11、角色檢測(cè)3.2.1 SourceSink Connection如圖所示，Source端CC引腳為上拉，Sink端CC引腳為下拉。握手過(guò)程為接入后檢測(cè)到有效連接（即一端為Host一端為Device），隨后檢測(cè)線材供電能力，再進(jìn)行USB枚舉。如下圖指示了Source端，在連接SINK之前，CC1和CC2的框圖模型：a）Source端使用一個(gè)MOSFET去控制電源，初始狀態(tài)下，F(xiàn)ET為關(guān)閉狀態(tài)b）Source端CC1/CC2均上拉至高電平，同時(shí)檢測(cè)是否有Sink插入，當(dāng)檢測(cè)到有Rd下拉電阻時(shí)，說(shuō)明Sink被檢測(cè)到。Rp的阻值表明Host能夠提供的功率水平。c）Source端根據(jù)Cable中哪一個(gè)CC

12、引腳為Rd下拉，去翻轉(zhuǎn)USB的數(shù)據(jù)鏈路，同時(shí)決定另外一個(gè)CC引腳為VCONNd）在此之后，Source打開(kāi)VBUS，同時(shí)VCONN供電e）Source可以動(dòng)態(tài)調(diào)整Rp的值，去表示給Sink的電流發(fā)送變化，告知SINK最大可以使用的電流f）Source會(huì)持續(xù)檢測(cè)Rd的存在，一旦連接斷開(kāi)，電源將會(huì)被關(guān)閉g）如果Source支持高級(jí)功能（PD或者Alternate Mode），將通過(guò)CC引腳進(jìn)行通信如下圖指示了SINK端CC1和CC2框架：a）SINK的兩個(gè)CC引腳均通道Rd下拉到GNDb）SINK通過(guò)檢測(cè)VBUS，來(lái)判斷Source的連接與否c）SINK通過(guò)CC引腳上拉的特性，來(lái)檢測(cè)目前的USB通

13、信鏈路（翻轉(zhuǎn)）d）SINK可選地去檢測(cè)Rp的值，去判斷Source可提供的電流。同時(shí)管理自身的功耗，保證不超過(guò)Source提供的最大范圍e）同樣的，如果支持高級(jí)功能，通過(guò)CC引腳進(jìn)行通信。如下圖指示DRP的CC引腳在鏈接之前的架構(gòu)：a）當(dāng)作為Source存在的時(shí)候，DRP使用MOSFET控制VBUS供電與否b）DRP使用Switch去切換自身身份作為Source，或者是SINKc）DRP存在一套機(jī)制，分三種情況，去決定自身是SINK或者是Source，去建立兩者間彼此的角色。情況1：不使用PD SWAP，隨機(jī)變成Source/SINK中的任意一個(gè)，CC腳波形為方波情況2：自身傾向于作為Sour

14、ce，執(zhí)行Try.SRC，問(wèn)對(duì)面能不能做SINK呀，我做Source情況3：與情況2相反，自身傾向作為SINK，執(zhí)行Try.SNK，你做Source，我做小弟當(dāng)然還存在Source&Source，SINK&SINK這種搞基模式，唯一的結(jié)果就是一直停留在Unattached.SNK/Unattached.SRC，無(wú)法終成眷屬。3.3 Type-C的其他模式3.3.1 Display Port Alternate Mode系統(tǒng)會(huì)通過(guò)USB PD協(xié)議中VDMs的信息通信（CC引腳通信），去告知支持Display Port模式。在這個(gè)模式當(dāng)中，USB SuperSpeed 信號(hào)允許部分傳輸U(kuò)SB，部分

15、傳輸DP信號(hào)。3.3.2 Audio Adapter Accessory Mode如下圖，為3.5mm音頻輸入口轉(zhuǎn)Type-C端口，USB2.0鏈路被用來(lái)傳輸模擬音頻信號(hào)，若帶MIC，MIC信號(hào)則連接在SBU引腳上，在這個(gè)模式當(dāng)中，電源可以提供到500mA電流。Host端如何識(shí)別到音頻模式呢？把CC引腳和VCON連接，并且下拉電阻小于Ra/2(則小于400ohm)，或者分別對(duì)地，下拉電阻小于Ra(小于800ohm)，則Host會(huì)識(shí)別為音頻模式。3.3.3 Debug Accessory Mode （DAM）在DAM下，連接軟體和硬體提供可視化調(diào)試和控制的系統(tǒng)，使用較少。四、如何進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路的切換4.1 純USB3.0以TUSB546(DFP)，TUSB564(UFP)為例子前者的使用例子如筆記本電腦、后者的使用例子如Monitor如下圖，兩端設(shè)備會(huì)根據(jù)插入方向，切換數(shù)據(jù)鏈路。圖