Type C接口浅析01

crazy_hw

发布于 2022-08-29 15:09:45

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发布于 2022-08-29 15:09:45

文章被收录于专栏：硬件工程师

一规范定义：

USB Type C是USB-IF新定义的线缆跟连接器。

USB相关的协议规范都可以从此网站https://www.usb.org/documents下载到

二接口定义：

插座引脚定义：

插头引脚定义：

总共有24个PIN（20个信号），4个电源正，4个电源地，5组差分线（其中插座的A6与B6，A7与B7物理上是连接到一起的），4个单端信号（CC1，CC2，SBU1，SBU2）。

分组	信号名	描述
电源	VBUS	VBUS, capable of up to 5A
电源	VCONN	VCONN is a power source to active cable which is capable of supply up to 0.2A @ 5V. Unconnected CC pin will be reconfigured to VCONN when a device is plugged in.
地	GND	Ground
高速差分信号	TX1+	First HS Diff TX pair
	TX1-	First HS Diff TX pair
	RX1+	First HS Diff RX pair
	RX1-	First HS Diff RX pair
	TX2+	Second HS Diff TX pair
	TX2-	Second HS Diff TX pair
	RX2+	Second HS Diff RX pair
	RX2-	Second HS Diff RX pair
低速差分信号	D+	Low Speed Differential Pair, primary for USB 2 connection
低速差分信号	D-	Low Speed Differential Pair, primary for USB 2 connection
配置信号	CC1	Configuration Channel 1. Used for device detection, orientation detection and Alternate Mode configuration. Unconnected pins will be reconfigured to Vconn.
配置信号	CC2	Configuration Channel 2.Used for device detection, orientation detection and Alternate Mode configuration. Unconnected pins will be reconfigured to Vconn
边带信号	SBU1	Sideband Use signals.
边带信号	SBU2	Sideband Use signals.

三 PIN信号解析：

电源VBUS：

USB PD3.0规范支持高达20V@5A的输入或者5V@3A的输出。

而今年5月份USB-IF正式发布了USB PD3.1标准，电源范围从原来的SPR（Standard）外，增加了EPR(Extended Power Range)，新引入了28V、36V、48V三个固定电压档跟15V-28V、15V-36V和15V-48V三个可调电压档位（AVS），最大功率上升到240W。

Type-C作为DFP模式时（例如HOST或适配器）VBUS输出默认是没有电压的，只通过CC线的上拉电流大小来通知外设默认支持电流大小（5V:900mA,1.5A，3A），当接上外设后(UFP)CC线会被外设的5.1K电阻接地，VBUS就会输出5V。此后双方可以通过CC线进行数据通信，并协商到更高的充电电压（PD功能）。

下图是双Type C的电源架构图：

CC1，CC2：

配置通道，用于设备的检测，方向检测和可选的模式配置；未连接的脚则会被配置为Vconn，用来驱动有源线缆。

有源线缆：电子标签线

全功能的Type C线要求有电子标签，而USB2.0 Type C线可选，电子标签能否响应USB PD独特的指令，从而返回提前烧录好的信息，如VBUS最高电压电流、USB信号类型（2.0/3.1）、VID 等。

CC1，CC2配置流程：

• Source-to-Sink attach/detach detection；

发送跟接受的对接分离检测

• Plug orientation/cable twist detection；

插入方向检测

• Initial power (Source-to-Sink) detection and establishing the data (Host-to-Device) relationship；

初始化电源关系（Source-only，Sink-only，Dual-Role-Power (DRP)）和建立数据主从关系（DFP-only，UFP-only，Dual-Role-Data (DRD)）；DFP对应HOST，UFP对应device

• Detect if cable requires VCONN；

侦测线缆是否要求VCONN

• USB Type-C VBUS current detection and usage；

VBUS电流的侦测和用法

• USB PD communication；

电源传输沟通

• Discovery and configuration of functional extensions。

发现和配置可选功能

CC硬件设计注意事项：

BMC：Biphase Mark Coding

一种曼彻斯特编码，Emarker的信息包是通过此编码后再CC通道上传输的。

典型速率是300Kbps

BMC接收器要求通道上电容在200pF~600pF之间。

CC1，CC2的layout走线要求：

四 Type C差分信号拓扑：

Intel推荐的Type C接口架构图：

只支持USB2.0的；
支持USB3.0，非双角色的；
支持USB3.0，双角色的；
支持双角色USB3.0跟DP 双通道；
支持双角色USB3.0跟DP四通道。
Type C耳机应用

五 Type C接口的防护设计：

自从USB Type-C 连接器发布以来，已经发布了很多不符合USB Type-C 规格的USB Type-C 的产品和配件。其中的一个示例就是仅在VBUS 线路上布设20V电压的USB Type-C 电力输送适配器。USB Type-C的另一个问题是，由于此小型连接器中的各引脚极为靠近，因此连接器的机械扭转和滑动可能使引脚短路。这可能导致VBUS 与CC 和SBU 引脚短路。此外，由于Type-C 连接器中的各引脚极为靠近，所以存在碎屑和水汽导致VBUS 引脚与CC 和SBU 引脚短路的严重问题。这些非理想的设备和机械事件使得CC 和SBU 引脚必须具有容差，即使它们仅在5V 或更低电压下工作。

端口保护器通过在CC 和SBU 引脚上提供过压保护，可以使CC 和SBU 引脚实现20V 容差，同时不会干扰正常工作。该器件将高压FET 串联放置在SBU和CC 线路上。当在这些线路上检测到高于OVP 阈值的电压时，高压开关被打开，并且将系统的其余部分与连接器上存在的高压状态隔离。

Type C端口保护器：可提供VBUS 短路过压和IEC ESD 保护。