浅谈Type-C

浅谈Type-C

何为Type-C?

2013年12月，USB 3.0推广团队已经公布了下一代 USB Type-C 连接器的渲染图，随后在2014年8月开始已经准备好进行大规模量产。新版接口的亮点在于更加纤薄的设计、更快的传输速度（最高10Gbps）以及更强悍的电力传输（最高100W）。Type-C双面可插接口最大的特点是支持USB接口双面插入，正式解决了“USB永远插不准”的世界性难题，正反面随便插。同时与它配套使用的USB数据线也必须更细和更轻便。诺基亚N1在2014年正式发布的时候，官方曾经表示该产品将支持最新的 Type-C USB接口，不过当时并没有引起外界足够的重视。2015年3月9日，在美国举行的苹果新品发布会上，全新MacBook重新定义了连接性标准，将电源接口、USB接口、DP接口、HDMI接口与VGA接口统一用USB-C来承载，随着Type-C连接器的到来，这一切都将发生改变。

图 1.1 Type-C接口图 1.2 Macbook Type-C 接口

功能特点

· 最大数据传输速度达到10Gbit/秒，达到USB 3.1的标准

· Type-C接口插座端的尺寸约为8.3mm×2.5mm纤薄设计

· 支持从正反两面均可插入的“正反插”功能，可承受1万次反复插拔

· 配备Type-C连接器的标准规格连接线可通过3A电流，同时还支持超出现有USB供电能力的“USB PD”，可以提供最大100W 的电力

浅谈Type-C实现方式

与USB2.0协议通过DM、DP来传输数据或完成USB充电技术规格的识别不同，USB Type-C标准定义了自己的规范，将数据传输及USB充电技术规格识别分开，专门增加了CC1、CC2引脚作为充电技术规格的识别以及PD协议的判断。当然，为了向下兼容USB 2.0标准，USB Type-C标准保留了USB2.0标准的所有接口（假以时日，在USB Type-C标准普及后DM、DP是完全不需要的）。那么，Type-C标准是如何通过CC1、CC2来完成充电技术规格的识别呢？

首先，我们需要了解Type-C标准充电技术规格有几种，图1.3展示了该标准的USB电源优先级：

表 1.1 Type-C电源优先级

通过图表可以看出，Type-C电源标准分为USB Type-C Current@3.0A、USB Type-C Current@1.5A 及USB PD，因PD主要针对PC端的应用，在此不做详细描述。同时也可以看出，USB Type-C Current@1.5A标准为兼容现有设备，相信在不久的将来，随着快充技术的发展，5V/3A标准将会成为主流。

讲完了规格，那么我们再看是如何实现的区分的呢？与BC1.2等标准用DM、DP的电压信号分开等级类似，Type-C标准通过CC1、CC2脚的电压来区分电源等级，但相比于BC1.2等标准，Type-C标准来的更加简单直接，可以说，CC脚的电压就区分了Type-C电源的等级，只不过，为了规范的标准性附加了很多约束条件以满足实际普遍使用需求，如图1.4展示了Type-C连接的时候CC脚的示意图：

图 1.3 Type-C CC脚连接示意图

电源端通过Rp电阻上拉，接收端通过Rd电阻下拉，当Type-C线材连接的时候，CC脚电压被箝位到一个特定值，也许有人会奇怪，此前描述的不是CC1、CC2两个脚么,怎么变成一个CC脚了？这是因为在TYPE-C母口确实有CC1、CC2，但线材里面只有一根CC线，CC1、CC2只是为了实现正反插这个功能需要的，我们将在下一章节具体描述。

那么CC脚电压定义是什么呢？此处需要大家思考下，线材都是有内阻的，不同厂家的线材工艺能达到的水准也不一致，另外CC脚在此处为一个点，实际上在电源端是一个点、在接收端是另外一个点，中间隔着线材内阻，为了标准的可实用性，Type-C标准当然考虑了该情况，为此特通过以下表格定义：

表 1.2 电源端CC脚电压-其它USB

其它USB即指非Type-C 5V/3A及5V/1.5A标准（即现有USB标准），在此规格下，Rp=56KΩ(VBUS为4.5~5.5V)，Rd=5.1KΩ,表格总Ra为PD协议使用、可以先不管。No connect无线材连接时CC脚电压必须大于1.65V,连接状态下电压范围为0.25V~1.50V。后续表格也以此类推，笔者不再做详细描述。

表 1.3 电源端CC脚电压-5V/1.5A标准

表 1.4 电源端CC脚电压-5V/3A标准

表 1.5 接收端CC脚电压-其它USB标准

表 1.6 接收端CC脚电压-Type-C标准

此处增加表1.7 说明Rp阻值的设定，因在不同电压系统中为达到CC脚电压一致，故Rp在不同电压系统中也不一样，当然，更好的解决办法是如表中规定，设置一个电流源完美解决系统电压不同的问题。在Type-C标准中，Rd统一为5.1K。

表 1.7 电源端Rp需求表

正反插实现

想要看看正反插是如何实现的，还是先看看Type-C标准接口的定义吧。如图2.1所示：

图 2.1 Type-C 母口定义

图 3.2 Type-C 公口定义

如上图可以看出，Type-C公口与母口相比，B6、B7空置，另外A5也改成了CC脚，B5改成了VCONN脚。

实际使用中，图示中所有重复标号的口除了VBUS和GND外都是使用单组通道的。当线材插入电源端时，CC脚还会有巧妙的变化，识别到的CC脚（CC1或者CC2）变成了CC脚，另外一个则配置成了VCONN脚用于提供小电流。在这里有一个误区，千万别以为A1~A12是正插（或反插）时的一组，实际上正反插是以中心为对层的，应以A1~A6、B1~B6为一组，A7~A12、B7~B12为另外一组。

图2.3为正反插时内部引脚连接图：

图 2.3 Type-C正反插连接示意图

解决了接口处的定义，其实还有一个问题尚未解答，对的！设备端如何判断自己是作为输出设备还是输入设备。

在此，先阐述一下Type-C对设备的描述：

DFP: Downstream facing port，下行端口，电源端 Source

DRP: Operate as either a Source or a Sink ，即可作为电源端也可以作为接收端

UFP: Upstream facing port，上行端口，接收点 Sink

下图展示了连接时内部原理：

图 2.4 DFP functional model

当作为DFP时，CC脚通过Rp电阻上拉，准备UFP设备的接入。

此处需要说明，CC1、CC2在准备UFP接入时都是上拉到系统电源端，当识别完成以后，未连接的脚需要转接到VCONN端。

图 2.5 UFP functional model