USB Type-C ? 除了比其前身更快且能夠提供更多功率外，還對(duì)這種無(wú)處不在的連接標(biāo)準(zhǔn)做出了一些明顯的改變。一方面，有一個(gè)新的可逆連接器，它沒(méi)有鍵控，因此可以向上插入端口。其次，USB Type-C 將看到電纜兩端使用相同的連接器。

對(duì)于使用 USB Type-C 的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這意味著更大的便利性和靈活性。但對(duì)于我們這些參與構(gòu)建將采用這一新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的人來(lái)說(shuō)，它增加了一定程度的復(fù)雜性：我們用來(lái)連接設(shè)備的電纜和它們插入的端口不再只是簡(jiǎn)單的機(jī)電連接。相反，我們需要建立一定程度的智能來(lái)促進(jìn)新功能。

在這篇文章中，我們將解釋您需要了解的有關(guān) USB Type-C 的所有信息：新特性、它可以做什么、它是如何工作的以及一些支持它的半導(dǎo)體套件。為了完全理解它，我們將首先了解 USB 的先前迭代以及 Type-C 是如何在這些迭代之上構(gòu)建的。因此，將您的思緒帶回到 1990 年代中期，我們開(kāi)始了 USB 及其速度、電纜和連接器的演變之旅。

為了完全理解它，我們將首先了解 USB 的先前迭代以及 Type-C 是如何在這些迭代之上構(gòu)建的。因此，將您的思緒帶回到 1990 年代中期，我們開(kāi)始了 USB 及其速度、電纜和連接器的演變之旅。

回顧：USB的歷史

通用串行總線(xiàn)，即 USB 的全名，已經(jīng)存在了近 20 年，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于從我們的計(jì)算機(jī)到汽車(chē)的各種電子設(shè)備中。雖然有 USB 1.0 版，但在 1.1 版中看到了計(jì)算機(jī)設(shè)備連接的大規(guī)模采用。USB 1.x 提供低速 （1.5Mbps） 和全速 （12Mbps） 數(shù)據(jù)速率，可用于從鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和操縱桿等輸入設(shè)備到外部驅(qū)動(dòng)器、掃描儀和打印機(jī)的所有設(shè)備。USB 1.x 電纜在主機(jī)端有一個(gè)公認(rèn)的 Type-A 連接器，而一個(gè)方形的 Type-B 插頭連接到外圍設(shè)備。使用不同插頭的原因是為了確保只能從主機(jī)向設(shè)備供電，從而防止兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接相互連接時(shí)可能發(fā)生的電氣損壞。

USB 2.0 于 2000 年出現(xiàn)，并帶來(lái)了顯著的速度提升，提供 480Mbps 的數(shù)據(jù)速率以滿(mǎn)足更高速度設(shè)備的需求。我們還看到了一系列新的連接器，主要是由于當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上的設(shè)備外形尺寸縮小，例如數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)。Mini-B 插頭之后是更小的 Micro-A 和 Micro-B 連接器，這使得 USB 可以?xún)?nèi)置到更新的智能手機(jī)和平板電腦中，因?yàn)樗鼈冏兊迷絹?lái)越薄。值得注意的是，較新的 Mini 和 Micro 連接器支持帶有 Mini- 和 Micro-AB 插座的 USB On-The-Go （OTG）。OTG 使某些 USB 設(shè)備能夠作為主機(jī)和外圍設(shè)備工作。一個(gè)例子是智能手機(jī)，它可以作為計(jì)算機(jī)的外部存儲(chǔ)設(shè)備，但也可以作為主機(jī)從另一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中提取數(shù)據(jù)，

2008 年引入了 USB 3.0，稱(chēng)為 SuperSpeed（或 SS），這要?dú)w功于其 5Gbps 的數(shù)據(jù)速率。由于 USB 3.0 規(guī)范包含在 USB 3.1 （2013） 中，SuperSpeed/5Gbps 現(xiàn)在通常被稱(chēng)為 USB 3.1 Gen 1。USB 3.1 標(biāo)準(zhǔn)還引入了 10Gbps 速度，當(dāng)時(shí)作為 SuperSpeed+ 或 USB 3.1 Gen 2 銷(xiāo)售。除了增強(qiáng)的速度之外，USB 3 還出現(xiàn)了另一個(gè)新的連接器：Micro-B SuperSpeed。由于各種插座和插頭排列，它仍然向后兼容 USB 1 和 USB 2 的較低速度。

圖 1. USB 時(shí)間線(xiàn)，截至 2014 年推出 USB Type-C。

（由 SlideShare 貢獻(xiàn)者 Rainny Tu 提供）

除了速度的顯著提高外，USB 標(biāo)準(zhǔn)的每次迭代都提高了它可以提供的功率量。USB 最初提供從主機(jī)（或另一個(gè)所謂的“上游”設(shè)備）到連接的“下游”設(shè)備的標(biāo)稱(chēng) 5V 總線(xiàn)電源 （VBUS）。低功率下游設(shè)備的額定電流為 100mA （0.5W），高功率設(shè)備的額定電流為 2.5W。SuperSpeed 設(shè)備的額定功率為 0.75W（低功率）和 4.5W（高功率）。USB 還可用于為電池充電，通過(guò)從充電器、具有專(zhuān)用充電端口 （DCP） 或充電下游端口 （CDP） 的主機(jī)設(shè)備提供高達(dá) 25W 的功率，后者還提供數(shù)據(jù)信號(hào)。USB 電源的下一個(gè)發(fā)展是 2012 年 USB 電源傳輸 （PD） 規(guī)范。這使兼容的下游設(shè)備能夠從兼容的主機(jī)設(shè)備請(qǐng)求更大的電源電壓和電流。

USB Type-C 與其前代產(chǎn)品有何不同

由于 USB 已經(jīng)存在了這么長(zhǎng)時(shí)間，開(kāi)發(fā) USB Type-C 的人在接受之前所有規(guī)范的遺產(chǎn)時(shí)面臨著重大挑戰(zhàn)。USB Type-C 的最終規(guī)格僅在 USB 3.1 一年后出現(xiàn)，但發(fā)生了很多變化，尤其是新的可逆插頭。就像 Apple 現(xiàn)在在 iPhone 和 iPad 中使用的 Lightning 連接器一樣，您無(wú)需考慮插入 USB Type-C 插頭的方式這一事實(shí)使其比其前身更加方便。然而，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，系統(tǒng)需要更高級(jí)別的智能來(lái)正確路由電源和數(shù)據(jù)信號(hào)。與 Lightning 不同，USB Type-C 不需要將這種智能內(nèi)置到電纜本身中。相反，它允許有源和無(wú)源電纜。

USB Type-C 的連接器引腳數(shù)量大幅增加。類(lèi)似尺寸的 Micro-USB 插頭僅包含 5 個(gè)針腳，而 USB Type-C 則擁有 24 個(gè)針腳。這是為了使其能夠以任何一種方式插入，并為未來(lái)的性能增強(qiáng)和新功能提供空間。

USB Type-C 中的新操作模式（例如備用模式和附件模式）形成了一種新的 USB 定義的創(chuàng)新方法。

此外，在電纜的兩端具有相同的連接器意味著 USB Type-C 必須能夠正確識(shí)別主機(jī)和外圍設(shè)備，以確保整個(gè)總線(xiàn)按預(yù)期工作。由于需要支持可以執(zhí)行任一角色的設(shè)備，這使情況變得復(fù)雜。

圖 2. USB Type-C 連接器中的引腳分配圖

（由 OFweek.com 提供）

USB Type-C 也見(jiàn)證了總線(xiàn)可以提供的功率水平的階梯式變化。在 SuperSpeed 的最大功率為 4.5W 的情況下，Type-C 通過(guò) VBUS 連接可達(dá)到 15W（通過(guò) 5V 時(shí)的 1.5A 和 3A 電流）。USB Type-C 支持 Power Delivery 2.0 規(guī)范，通過(guò)使用電子標(biāo)記的有源 Type-C 電纜，或通過(guò)雙相標(biāo)記代碼 （BMC） 編碼的配置線(xiàn)。還有一個(gè)額外的電源通過(guò)未使用的 CC 引腳（CC1 或 CC2）為外部設(shè)備、有源電纜或電子標(biāo)記電纜供電。

讓 USB Type-C 工作

USB Type-C 需要大量的電路選項(xiàng)來(lái)支持其無(wú)數(shù)的功能模型。下面顯示了一個(gè)這樣的示例，其中設(shè)備通過(guò)全功能電纜連接到主機(jī)。由于電纜的端到端方向由 CC 線(xiàn)確定，您需要在任一端的端口中支持邏輯來(lái)識(shí)別它是翻轉(zhuǎn)還是未翻轉(zhuǎn)，以及電纜是直的還是扭曲的。因此，有四種潛在的數(shù)據(jù)路徑：

直接未翻轉(zhuǎn)：將 TX1 和 RX1 托管到設(shè)備 TX1 和 RX1，CC1 到 CC1

Twisted unflipped：主機(jī) TX1 和 RX1 到設(shè)備 TX2 和 RX2 與 CC1 到 CC2

直接翻轉(zhuǎn)：主機(jī) TX2 和 RX2 到設(shè)備 TX2 和 RX2，CC2 到 CC2

扭曲翻轉(zhuǎn)：主機(jī) TX2 和 RX2 到設(shè)備 TX1 和 RX1，CC2 到 CC1

圖 3. USB Type-C 實(shí)現(xiàn)的功能模型，使用全功能電纜。CC 線(xiàn)確定方向。（由 USB 實(shí)施者論壇 2015 提供）

連接引線(xiàn)后，選定的信號(hào)驅(qū)動(dòng)器、接收器和開(kāi)關(guān)/多路復(fù)用器將啟動(dòng)，但對(duì)于完整的 USB Type-C 實(shí)施，您需要所有這些都存在。令人高興的是，您仍然可以在 USB Type-C 中使用許多最初為 USB 3.1 創(chuàng)建的多路復(fù)用器、接收器和驅(qū)動(dòng)程序。請(qǐng)注意，您可能會(huì)在主機(jī)和設(shè)備端口中看到更多電路，例如驅(qū)動(dòng)顯示器所需的電路。

Diodes Incorporated 最近收購(gòu)了 Pericom Semiconductor Corporation，現(xiàn)在提供范圍廣泛的組件和集成電路選擇，使您能夠通過(guò) USB Type-C 連接器連接計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備和其他設(shè)備。Diodes 在超高速 （10Gbps+） 信號(hào)切換和調(diào)節(jié)方面的開(kāi)創(chuàng)性工作為創(chuàng)建 USB 3.1 Gen 1 和 USB 3.1 Gen 2 兼容設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。

下面，我們簡(jiǎn)要探討三個(gè)用例，如圖所示。

筆記本電腦、平板電腦和個(gè)人電腦

在此示例中，位于 USB Type-C 連接器和主機(jī)設(shè)備的 I/O 集線(xiàn)器之間的是一個(gè) Type-C 交叉開(kāi)關(guān) （ PI3USB31532 ），它可以通過(guò) USB 類(lèi)型切換 USB 3.1 Gen 1、Gen 2 和 DisplayPort 1.2 和 1.3 -C 連接器。在 USB 端，它連接到一個(gè)PI3EQX1002B ReDriver，由于它能夠減少符號(hào)間干擾，它可以?xún)?yōu)化各種物理介質(zhì)的性能。

Diodes 組件為主機(jī)端和設(shè)備端提供多種充電和控制解決方案，包括過(guò)溫和過(guò)壓保護(hù)以及通過(guò) Type-C 插頭提供高達(dá) 100W 的充電能力。

在此示例中，請(qǐng)注意PI5USB2546A主機(jī)端充電控制器及其內(nèi)置高速數(shù)據(jù)線(xiàn)（D+ 和 D-）。這有助于睡眠模式充電，并使您能夠通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)喚醒設(shè)備。在設(shè)備端，有一個(gè)PI3USB9281C，提供對(duì)不同類(lèi)型充電器或 OTG 配件的外部檢測(cè)。這部分包括過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)。

圖 4. USB Type-C 的筆記本電腦、平板電腦或 PC 實(shí)施示例。

電話(huà)

在智能手機(jī)中，我們使用PI5USB30213A開(kāi)關(guān)將 Type-C 端口與主芯片組連接起來(lái)。該組件使設(shè)備能夠充當(dāng)主機(jī)、外圍設(shè)備和雙重角色模式。配置是自動(dòng)的，基于在 CC 引腳上檢測(cè)到的電壓。

圖 5. 智能手機(jī)中 USB Type-C 的實(shí)現(xiàn)。

塢站

最后一個(gè)示例是通用擴(kuò)展塢，它通過(guò)單個(gè) USB Type-C 導(dǎo)線(xiàn)連接到上游主機(jī)。它承載 USB 3 和 DisplayPort 信號(hào)，以及為主機(jī)供電。在擴(kuò)展塢的 USB 端，有一個(gè) PI3USB31532 Type-C 交叉開(kāi)關(guān)、PI3EQX1002B ReDriver 和一個(gè) USB 3 集線(xiàn)器。為了使擴(kuò)展塢能夠通過(guò) VBUS 向主機(jī)供電，還有一個(gè)電源開(kāi)關(guān)。

圖 6. 同時(shí)為主機(jī)設(shè)備供電的 USB Type-C 通用擴(kuò)展塢。

結(jié)論

隨著 Type-C 的出現(xiàn)，無(wú)處不在的計(jì)算連接標(biāo)準(zhǔn) USB 被賦予了新的生命。憑借其更小、可逆的連接器、高數(shù)據(jù)速率和總線(xiàn)功率，Type-C 的創(chuàng)造者希望它能顯著延長(zhǎng) USB 已經(jīng)長(zhǎng)達(dá) 20 年的使用壽命。但與多年來(lái)逐步發(fā)展的任何技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一樣，在向后兼容性方面存在很多挑戰(zhàn)。通過(guò)將智能融入物理端口并包括使用有源電纜，USB Type-C 克服了這些障礙。

但要處理種類(lèi)繁多的主機(jī)和外圍設(shè)備功能，那些構(gòu)建 USB Type-C 實(shí)現(xiàn)的人仍然需要高性能和低成本的集成電路 （IC） 和其他組件，例如 Diodes 的 Pericom 產(chǎn)品提供的那些。