一、Type-C簡介

USB Type-C是一種相對較新的標準，旨在提供高達10Gb / s的高速數(shù)據(jù)傳輸以及高達100W的功率流。這些功能可以使USB Type-C成為現(xiàn)代設備的真正通用連接標準。

圖1 三種USB接口

對于傳統(tǒng)的USB Type-A或Type-B的設備，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)，因此不必擔心反接或錯接的行為。而對于Type-C接口的設備，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接口是如何實現(xiàn)相互識別的，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。

USB 2.0差分對 D+和D-引腳是用于USB 2.0連接的差分對。插座中有兩個D +引腳和兩個D-引腳。 但是，引腳相互連接，實際上只有一個USB 2.0數(shù)據(jù)差分對可供使用。僅包括冗余以提供可翻轉的連接器。 電源和接地引腳 VBUS和GND引腳是電源和信號的返回路徑。默認的VBUS電壓為5 V，但標準允許器件協(xié)商并選擇VBUS電壓而不是默認值。電源傳輸允許VBUS具有高達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。 當為諸如筆記本電腦的大型設備充電時，高功率流可能是有用的。圖3顯示了RICHTEK的示例，其中降壓 - 升壓轉換器用于生成筆記本電腦所請求的適當電壓。

RICHTEK示例 請注意，電源傳輸技術使USB Type-C比舊標準更通用，因為它使功率水平適應負載的需要。您可以使用同一根電纜為智能手機和筆記本電腦充電。

當然，在實際產(chǎn)品設計中，工程師會根據(jù)產(chǎn)品定義適當縮減Pin腳數(shù)量以節(jié)約成本。例如，對于只提供充電的產(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（感謝關注公眾號：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差分對和兩組TX差分對。 這兩個RX對中的一個以及TX對可用于USB 3.0 / USB 3.1協(xié)議。由于連接器是可翻轉的，因此需要多路復用器通過電纜正確地重新路由所采用的差分對上的數(shù)據(jù)。 請注意，USB Type-C端口可以支持USB 3.0 / 3.1標準，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，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。

? 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，該端口充當數(shù)據(jù)傳輸中的主機或電源。UFP表示上游面向端口，它是連接到主機或電力消費者的設備。

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CC線上的電壓具有其最低值（約0.41 V）時，源可以分別為USB 2.0和USB 3.0提供500 mA和900 mA的默認USB電源。當CC線電壓約為0.92 V時，源可提供1.5 A的電流。最高CC線電壓約為1.68 V，對應于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部使用芯片進行電子標記的特殊電纜。此外，一些有源電纜利用重新驅動芯片來加強信號并補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”對應的通道配置引腳將連接到5 V，1 W電源，為電纜內部的電路供電。例如，在圖5中，有效的Rp-Rd路徑對應于CC1引腳。因此，CC2引腳連接到VCONN表示的電源。 ? SBU1和SBU2針腳 這兩個引腳對應于僅在備用模式下使用的低速信號路徑。

三、Type-C設備之間如何識別

就供電而言，Type-C設備可分為三類

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

2. 只能作為受電端(Sink)的Type-C設備，如Type-C手機等

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

顯然，當兩個Type-C設備通過C2C線材連接在一起時，雙方必須知道對方屬于何種類型的設備，否則會帶來不理想的充電(如反向充電)，或者不充電，甚至導致產(chǎn)生安全問題。

例如，當用戶利用充電器(Source)給Type-C雙向充電寶(DRP)充電時，理想情況下，充電寶應當“擔任”Sink的角色。然而，由于設備類型識別錯誤，可能導致充電寶“擔任”Source角色而發(fā)生“電流倒灌”的現(xiàn)象，損壞兩方設備（感謝關注公眾號：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”的機制來區(qū)分Source、Sink以及DRP。對于Source設備，要求CC引腳配置上拉電阻Rp;對于Sink設備，要求CC引腳配置下拉電阻Rd; 而對于DRP設備，要求通過切換開關，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定。USB Type-C的供電能力有如下幾種：

1. 默認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)先級依次升高，且供電功率也逐漸提高。高優(yōu)先級的供電能力會覆蓋低優(yōu)先級的供電能力。其中Default USB Power，USB Type-C Current 1.5A和USB Type-C Current 3A可通過配置Rp值來設置（感謝關注公眾號：硬件筆記本）。

當兩個設備連接完成后，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供電能力的對應關系。

圖4 Rp值，vRd電壓范圍與Source供電能力的對應關系

與此同時，設備的另一個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電壓值設置和判斷Source的供電能力。

審核編輯：黃飛

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