USB TYPE-C接口功能定义

Posted 2021-06-18 Legendary_008

USB TYPE-C已经成为了消费类电子产品的必备接口，您想知道一个小小的接口里面藏着多少的秘密吗

2015年3月，Apple发布了新MacBook，在业界率先采用了USB Type-C接口，从此拉开了一场革命的帷幕。此举引发业界热议，苹果前所未有的放弃自己的封闭体系，意味着TYPE-C接口有望统一所有手机、平板、PC等设备的有线接口，在有线时代终结前，形成接口和电缆大统一。下面让我们来深入了解，TYPE-C接口的内部的实际结构，探究它一系列神奇特性的由来。​

首先让让我们直接从USB TYPE-C 的定义文档上截一个USB TYPE-C母座的pin脚图来看看：​

可以看出，母座上有24个信号，其中电源和地占据了8个，用于提升电流传输能力。剩下16个当中，用于传输USB2.0的两组信号是交叉相连的，去掉重复的两个，一共是14个信号。包括我们所熟悉的4组高速差分信号线共8根（RXx和TXx）用于传输频率高达5G的usb3.1数据或者高清视频，USB2.0数据信号D+，D-，和SBU1，SBU2，CC1，CC2。 其中SBU1，SBU2，CC1，CC2是传统的USB接口所没有的信号。CC是USB TYPE-C接口的灵魂所在，承载了TYPE-C连接过程中的传输方向确认和正反插确认功能，以及USB PD BCM码信号传输功能，实现负载的功能配置。两根线CC线，当其中一根CC作为TYPE-C接口的配置信号时，另一个CC则作为电缆上EMARKER芯片的供电电源。剩下的SBU1和SBU2为辅助信号，在不同的应用场景具有不同的用途。例如在高清视频传输的 DP ALT MODE 模式下进行DP信号传输时，作为音频传输通道，在进入TYPE-C模拟音频耳机附件模式，则作为麦克风信号传输通道。

那么，被提及最多的正反插，究竟是怎么实现的呢？秘诀在于CC公头上。让我们来看CC公头的结构。

对比母座接线图，我们可以看出，公头只有一个CC，另外一个CC变成了VCONN，于是，当公头插入母座的时候，公头上的CC可能跟母座上的CC1连在一起，也可能跟母座的CC2连接在一起，分别对应着正插和反插两种情况。母座上需要用一颗芯片来检测是CC1建立了连接，还是CC2建立了连接，从而控制设备内部的SWITCH，来正确的适配数据传输，或者是音视频传输的信号对应关系。

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弄清了传输接口结构以及正反插识别原理之后，我们来看看电流传输的细节问题，根据USB-IF发布的标准，各版本的USB接口，电流传输能力如下：

图3 USB标准级最大传输功率摘自USB TYPE-C SPEC

从上表可以看出USB Type-C并不是必然支持20V/5A，默认情况下，只支持5V3A，必须在具备USB PD通信能力，并且传输线上有Emarker芯片的情况下，才可能支持到 20V/5A。当然，相对于制定标准这件工作本身的难度来说，设计USB PD芯片和EMARKER芯片其实是小菜一碟。

电能传输的情况，已经了解了，下面让我们了解一下，具体的数据传输。在传统TYPE-A USB3.1接口中，有一组rx和一组tx，共4根高速信号传输线，最高可以传输5G带宽信号。而TYPE-C接口，则一共有两组rx和两组tx，共8根高速信号传输线，这是出于正反插考虑，对于USB3.1信号传输，每次只用其中一组，也可以两组一起用，进入USB3.2模式实现10G的USB 数据信号带宽。另外，还可以分开来使用，利用PD协商，进入ALT模式，把其中4根用于传输USB3.x信号，另外4根与sbu1和sbu2组合起来，用于传输2 lane的DP信号。也可以协商成8根差分线，与sbu1，sbu2组合，全部用于传输DP信号。这样就是4lane的 DP信号了，最高分辨率可以上到8K60HZ。这些灵活的应用，让type-c接口被赋予了无限的可能。说到底，就是能够进行电源、数据、音视频传输，而且都比旧的传输线的传输性能更优秀。真的是走别人的路，让别人无路可走了。当然，USB TYPE-C虽然这么厉害，却不要忘了，有线的传输还有另外一位高手，那就是光纤。其传输的极限带宽，是按照T(1000G)来计算的。而且，现有的TYPE-C电能传输能力又足以支撑光纤MODEN。所以，如果在现有TYPE-C电缆基础上，把8根高速信号传输线换成一根光纤，谁知道会发生什么呢？

总结以上，USB Type-C终结了长期以来USB需要通过试错法来多次重插的历史，节省了人们大量的时间，换一次方向至少2s吧，按全球10亿人每天插拔一次USB，50%概率插错，共耗时277000多小时，约为31年，太恐怖了。一个接口搞定了电能、数据、音视频数据三种传输需求，体积又小。可以预见，以后手机可以改为USB Type-C接口了，如果只需要USB2.0的话，只需要重做线缆，部分功能需要加上接口芯片，成本上完全可以忽略不计。而手机上到USB3.1，则真正的革命就要出现了，锤子的TNT已经成为这个领域的领头羊。传统PC可能不再被需要，一个手机，通过TYPE-C口输出DP，接入显示器就可以完成电脑的功能了。如果接上VR，那么整个世界都不一样了。请问，还有谁会需要PC，笔记本电脑，这类20世纪的遗产吗？