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 |
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. |
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地 |
GND |
Ground |
高速差分信号 |
TX1+ |
First HS Diff TX pair |
TX1- |
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RX1+ |
First HS Diff RX pair |
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RX1- |
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TX2+ |
Second HS Diff TX pair |
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TX2- |
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RX2+ |
Second HS Diff RX pair |
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RX2- |
||
低速差分信号 |
D+ |
Low Speed Differential Pair, primary for USB 2 connection |
D- |
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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. |
CC2 |
Configuration Channel 2.Used for device detection, orientation detection and Alternate Mode configuration. Unconnected pins will be reconfigured to Vconn |
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边带信号 |
SBU1 |
Sideband Use signals. |
SBU2 |
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。
Intel推荐:
电源VBUS需要串接磁珠,每个VBUS脚旁边要有一个0402 0.1uF电容;配置通道CC1,CC2旁边需要有0402 100pF电容;其余信号都需要加ESD管。
共模电感的选择指导:
六 雷电接口
Thunderblot
雷电接口指的是协议,并不直接指接口规格,市面上现有的雷电三、四接口都兼容Type C接口,但是Type C接口不一定支持雷电接口。端口处有雷电标记的表示为雷电接口,否则为Type C接口。
雷电接口架构: