深入学习USB(6)USB Type

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深入学习USB(6)USB Type

2023-09-03 03:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录 **一、Usb type c接口定义介绍****二、USB3.1 type-c接口特性****三、USB Type-C接口的优点****四、usb type-c接引脚定义****五、usb type-c接口主要功能****六、usb type-c接口工作流程**七、市场上Type-C/PD有哪几种分类呢?

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

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USB Type-C插座端视图

USBType-C插座端视图

USB-Type-C插头引出端视图

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

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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。 img

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

usb type-c接口定义概念解析

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。

usb type-c接口定义概念解析

七、市场上Type-C/PD有哪几种分类呢?

市场上TypeC的产品种类很多,但真正全功能的很少。因为如果你把这个 Type C 所有的功能都集成进去的话,这个口的整个的成本会变得非常贵。实际上很多情况下,设备只是具备了 Type C 的某一部分功能:

只有Type-C,即支持正反插,普通数据传输;

支持Type-C,支持PD协议,可快速充电;

支持Type-C,支持PD协议,支持高速信号,支持超快充电;

全功能,支持Type-C,支持PD协议,支持高速信号,支持超快充电,支持HDMI、DisplayPort等其他协议。



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