USB Type-C和USB PD

参考

USB Type-C Spec R2.0
USB Type C规范详解
USB-C(USB Type-C)规范的简单介绍和分析
意法半导体STM32G0生态系统扩展功能支持通用微控制器将USB-C用作标准接口
AN4775

特点

  • 外形纤薄,可翻转拔插方向:正反随便插
  • USB Power Delivery提供100W电力
  • 支持更多协议Display Port,HDMI,VGA,Ethernet
  • USB3.1 Gen2 10Gbps

引脚功能

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。SDP屏蔽差分线的阻抗控制在90Ω±5Ω,单端同轴线控制在45Ω±3Ω。阻抗应该用200 ps(10%-90%)的上升时间来评估。电源VBUS和GND,电源的压降要小于500mV,Gnd上面的压降要小于250mV
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  • 插座多出CC1和CC2管脚,插头只多出CC管脚来建立信号定位,另一个多出的管脚用作VCONN,为电子元器件供电,
  • 另外USB2.0 D+/D-线只会实现一组
  • VBUS电源,支持5V到20V,通过CC来进行协商
  • SBU管脚,audio模式,display模式通过这个脚传送,用于USB拓展功能。

CC(Configuration Channel)
配置通道,这是USB Type-C里新增的关键通道。它的作用有检测正反插,检测USB连接识别可以提供多大的电压和电流,USB设备间数据与VBUS的连接建立与管理等。插座多出CC1和CC2管脚,插头只多出一个CC管脚。

  • 检测USB设备是否接入;
  • 检测USB插入方向,并以此建立USB 数据通道的路由;
  • 插入后帮助建立USB设备角色(谁为HOST,谁为Device);
  • 发现并配置VUBS,配置USB PD供电模式;
  • 配置Vconn;
  • 发现和配置可选的备用和辅助模式;

VCONN(只有在插头上才会有该信号),当线缆里有芯片的时候,用来给线缆里的芯片供电(3.3V或5V)

配置处理

DFP(Downstream Facing Port):
下行端口,可以理解为Host,DFP提供VBUS,可以提供数据。在协议规范中DFP特指数据的下行传输,笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。典型的DFP设备是电源适配器。
UFP(Upstream Facing Port):
上行端口,可以理解为Device,UFP从VBUS中取电,并可提供数据。典型设备是U盘,移动硬盘。
DRP(Dual Role Port):
双角色端口,DRP既可以做DFP(Host),也可以做UFP(Device),也可以在DFP与UFP间动态切换。典型的DRP设备是笔记本电脑。

Source端CC脚有一个上拉电阻Rp,Sink端有一个下拉电阻Rd,通过的阻值来控制供电能力,需要USB PD电力传输时,使用Bi-phase Mark Coded(BMC)编码协议,通过CC管脚进行通信。在连接时,Source检测到CC管脚都为高电平,Sink端检测到CC管脚都未低电平。连接后,形成分压,电平为中间值。
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Rp的阻值与对应的供电能力,
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Rd的阻值是5.1K,精度为10%,否则不能发现电源的供电能力,
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