深入学习USBUSB Type-C接口定义概念解析

Posted 2021-09-09 奇妙之二进制

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了深入学习USBUSB Type-C接口定义概念解析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

一、Usb type c接口定义介绍

USB Type-C接口总计有24个针脚，可以正反插且传输速度快，接口没有方向性，让用户在使用中避免出现插错的情况。一般简称有type c、type-c等这些指的都是同一个产品。而USB3.0接口通常是9到11个，USB2.0只有4个针脚。针脚的增多并没有导致Type-C接口体积变大，实际上它还缩小了体积（相对标准口来说），满足了移动设备的需求。

二、USB3.1 type-c接口特性

特性1、全新接口设计，尺寸约8.4mm x 2.6mm，接口纤薄

特性2、功率输出能力：标准线缆3A，接口5A

特性3、可用来传输DisplayPort讯号，支持4K UHD影像传输

特性4、可以提供最大100 的电力传输

特性5、更好的电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）缓解特性

特性6、支持正反两面插入，可承受1万次反复插拔

特性7、USB Power Delivery，可支持充电

特性8、最高数据传输速度达到10Gbps，基于USB3.1规范

三、USB Type-C接口的优点

优点1、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「USBPD」，可以提供最大100W的电力;

优点2、DisplayPort交替模式，支持高达4K超高清（UHD）甚至8K的解析度（实现的原理后面讲）。

优点3、最大数据传输速度达到10Gbps，也是USB3.1的标准，兼容USB2.0标准;

优点4、支持从正反两面均可插入的「正反插」功能;

四、usb type-c接引脚定义

USB Type-C插座端视图

USB-Type-C插头引出端视图

可以看到，数据传输主要有TX/RX两组差分信号，CC1和CC2是两个关键引脚，作用很多：

• 探测连接，区分正反面，区分DFP和UFP，也就是主从（检测原理见下面）

• 配置Vbus，有USB Type-C和USB Power Delivery两种模式

• 配置Vconn，当线缆里有芯片的时候，一个cc传输信号，一个cc变成供电Vconn

• 配置其他模式，如接音频配件时，dp，pcie时

电源和地都有4个，这就是为什么可以支持到100W的原因。

供电情况

不要看着USB Type-C好像能支持最高20V/5A，实际上这需要USB PD，而支持USB PD需要额外的pd芯片，所以不要以为是USB Type-C接口就可以支持到20V/5A。当然，以后应该会出现集成到一起的芯片。

辅助信号sub1和sub2（Side band use），在特定的一些传输模式时才用。

d+和d-是来兼容USB之前的标准的。

这里说一下，USB3.0只有一组RX/TX，速度是5Gb，USB Type-C为了保证正反都可以插就用了两组，但实际上数据传输还是只用了一组RX/TX，速度就已经达到10Gb了。如果后面升级协议，两组都传的话就和DisplayPort一样20Gb了。

要理解Type-C的原理，首先要了解他的PIN即定义，Type-C口有4对TX/RX分线，2对USB D+/D-，一对SBU，2个CC，另外还有4个VBUS和4个地线 [2] 。

当然，如果接收端只需要DP信号，不需要USB 3.1信号，那DP可以利用全部4对TX/RX差分线做输出，从而实现最多4lanes的DP输出，提供高达32.4Gbps的总输出带宽（每条lane可以输出8.IGbps），轻松实现5K x 3K 60辅视频，甚至最高可达8K×4K 60帧视频（4:2:0数据），这种模式就是DPonly模式 [2] 。另外为了兼容USB2.0，Type-C还保留了USBD+/D-信号供USB 2.0设备使用，所以只需改用Type-C的接口，USB2.0甚至USB 1.0设备也可以支持正反面插入。值得一提的是，使用USBD+/D-跟上面的DP only 模式配合，可以实现DP+USB2.0模式。DP占用4对TX/RX差分线，USB仅使用D+/D- [2] 。常情况下，USB2.0差分信号只会连接其中一边，因USB Type-C Plug无B6、B7。USB3.1只用到2对TX/RX差分线作为数据线，正插时连接TX1/RX1，反插时连接TX2/RX2.可以看到任意情况下，都会有2对差分线是没有被使用的，DP交替模式就是把DP信号加载到这2对“多余”的差分线上，从而实现USB 3.1+DP同时工作 [2] 。

Type-C还提供了2条CC线和2条SBU线。CC线主要用于Power Delivery 模块（下简称PD）的通讯，CC线首先是用来判断设备插入的方向：正插或反插，如果是正插，主机使用CC1来和设备通讯，反插使用CC2，可以看到CC使用的是单线协议。SBU线在DP功能开启时，化身为DP协议中的AUX_P/AUX_N差分线（它的极性是可以根据正反插方向修改的），负责传输设备的DPCD，EDID等关键信息 [2] 。关于这些可以了解DP协议。

USB Type-C电缆
如下表，USB2.0规范的电缆长度小于4米，USB3.2 Gen1的长度小于2米，USB3.2Gen2的电缆长度小于1米。

五、usb type-c接口主要功能

1.快速理论上，USB-C端口的最高传输速率为每秒10Gb。但是苹果表示新款MacBook的USB-C端口最高传输速率为5Gbps。最大输出电压为20伏，可以加快充电时间。而USB-A型，到目前为止极限传输速率为5Gbps，输出电压为5伏。

2.多面手新MacBook的USB-C型端口能够传输数据、进行充电也可以作为视频输出端口链接外部显示设备。唯一的疑问是苹果如何满足想要同时做这三件事的用户。

3.双向不像老款USB端口，功率只能单向传输，USB-C型端口的功率传输是双向的，这意味着它可以拥有两种发送功率方式。所以，用户不仅可以用笔记本为移动设备充电，也可以利用其它设备或移动电源为笔记本充电。

4.后向兼容USB-C可以与老的USB标准兼容，但用户需要额外购买适配器才能完成兼容。苹果公司表示不仅苹果官方会出售适配器，第三方公司也可以授权生产。

六、usb type-c接口工作流程

上图DFP （Downstream Facing Port）也就是主，UFP （Upstream Facing Port）为从。除了DFP、UFP，还有个DRP （Dual Role port），DRP可以做DFP也可以做UFP。当DPR接到UFP，DRP转化为DFP。当DRP接到DFP，DRP转化为UFP。两个DRP接在一起，这时就是任意一方为DFP，另一方为UFP。

在DFP的CC pin有上拉电阻Rp，在UFP有下拉电阻Rd。未连接时，DFP的VBUS是无输出的。连接后，CC pin相连，DFP的CC pin会检测到UFP的下拉电阻Rd，说明连接上了，DFP就打开Vbus电源开关，输出电源给UFP。而哪个CC pin（CC1，CC2）检测到下拉电阻就确定接口插入的方向，顺便切换RX/TX。

电阻Rd=5.1k，电阻Rp为不确定的值，根据前面的图看到USB Type-C有几种供电模式，靠什么来甄别？就靠Rp的值，Rp的值不一样，CC pin检测到的电压就不一样，然后来控制DFP端执行哪种供电模式。

需要注意的是，上图里画了两个CC，实际上在不含芯片的线缆里只有一根cc线。

含芯片的线缆也不是两根cc线，而是一根cc，一根Vconn，用来给线缆里的芯片供电（3.3V或5V），这时就cc端没有下拉电阻Rd，而是下拉电阻Ra，800-1200欧。