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[導(dǎo)讀]USBType-C是USB連接器系統(tǒng)的規(guī)范,在智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備上越來越受歡迎,并且能夠進(jìn)行電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。與USB的早些產(chǎn)品不同,它也是可翻轉(zhuǎn)的-所以你不需要嘗試多次插入。01什么是USB-Type-CUSB-C是一種相對(duì)較新的標(biāo)準(zhǔn),旨在提供高達(dá)10Gb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸以...

詳解:USB?Type-C引腳信號(hào)及PCB布局布線



USB Type-C是USB連接器系統(tǒng)的規(guī)范,在智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備上越來越受歡迎,并且能夠進(jìn)行電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。



與USB的早些產(chǎn)品不同,它也是可翻轉(zhuǎn)的 - 所以你不需要嘗試多次插入。



詳解:USB?Type-C引腳信號(hào)及PCB布局布線


01

什么是USB-Type-C


USB-C是一種相對(duì)較新的標(biāo)準(zhǔn),旨在提供高達(dá)10Gb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸以及高達(dá)100W的功率。這些功能可以使USB-C成為現(xiàn)代設(shè)備的真正通用連接標(biāo)準(zhǔn)。



02

功能介紹

USB-C接口有三個(gè)主要功能:


● ? ?它有一個(gè)可翻轉(zhuǎn)的連接接口。接口的設(shè)計(jì)使插頭可以相對(duì)于插座翻轉(zhuǎn)。
● ? ?它支持USB 2.0、USB 3.0和USB 3.1 Gen 2標(biāo)準(zhǔn)。此外,它還可以在稱為備用模式(Alternate Mode)的操作模式下支持第三方協(xié)議,如DisplayPort和HDMI。
● ? ?它允許設(shè)備協(xié)商并通過接口選擇適當(dāng)?shù)墓β柿鳌?/span>


03

信號(hào)圖示USB Type-C連接器有24個(gè)引腳。圖1和圖2分別顯示了USB Type-C插座和插頭的插針。


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04

USB 2.0差分對(duì)

D 和D-引腳是用于USB 2.0連接的差分對(duì)。插座中有兩個(gè)D 引腳和兩個(gè)D-引腳。


但是,這些引腳相互連接,實(shí)際上只有一個(gè)USB 2.0數(shù)據(jù)差分對(duì)可供使用。冗余設(shè)計(jì)只是為了提供可翻轉(zhuǎn)的連接器。


05

電源和接地引腳

VBUS和GND引腳是電源和信號(hào)的返回路徑。默認(rèn)的VBUS電壓為5 V,但標(biāo)準(zhǔn)允許器件協(xié)商并選擇VBUS電壓而不是默認(rèn)值。電源傳輸允許VBUS具有高達(dá)20 V的電壓。最大電流也可以升高到5A。因此,USB Type-C可以提供100 W的最大功率。


當(dāng)為諸如筆記本電腦的大型設(shè)備充電時(shí),大功率流可能是有用的。圖3顯示了RICHTEK的示例,其中降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器用于生成筆記本電腦所請(qǐng)求的適當(dāng)電壓。

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請(qǐng)注意,電源傳輸技術(shù)使USB Type-C比舊標(biāo)準(zhǔn)更通用,因?yàn)樗构β仕竭m應(yīng)負(fù)載的需要。您可以使用同一根電纜為智能手機(jī)和筆記本電腦充電。


06

RX和TX引腳

有兩組RX差分對(duì)和兩組TX差分對(duì)。


這兩個(gè)RX對(duì)中的一個(gè)以及TX對(duì)可用于USB 3.0 / USB 3.1協(xié)議。由于連接器是可翻轉(zhuǎn)的,因此需要多路復(fù)用器通過電纜正確地重新路由所采用的差分對(duì)上的數(shù)據(jù)。


請(qǐng)注意,USB Type-C端口可以支持USB 3.0 / 3.1標(biāo)準(zhǔn),但USB Type-C的最小功能集不包括USB 3.0 / 3.1。在這種情況下,USB 3.0 / 3.1連接不使用RX / TX對(duì),并且可以被其他USB Type-C功能使用,例如備用模式和USB供電協(xié)議。這些功能甚至可以利用所有可用的RX / TX差分對(duì)。


07

CC1和CC2針腳

這些引腳是通道配置引腳。它們執(zhí)行許多功能,例如電纜連接和移除檢測(cè)、插座/插頭方向檢測(cè)和當(dāng)前廣播。這些引腳也可用于Power Delivery和Alternate Mode所需的通信。


下面的圖4顯示了CC1和CC2引腳如何顯示插座/插頭方向。在此圖中,DFP代表下游面向端口,該端口充當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸中的主機(jī)或電源。UFP表示上游面向端口,它是連接到主機(jī)或電力消費(fèi)者的設(shè)備。


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DFP通過Rp電阻上拉CC1和CC2引腳,但UFP通過Rd將它們拉低。如果沒有連接電纜,則源在CC1和CC2引腳處看到邏輯高電平。連接USB Type-C電纜可創(chuàng)建從5V電源到地的電流路徑。由于USB Type-C電纜內(nèi)只有一根CC線,因此只形成一條電流路徑。例如,在圖4的上圖中,DFP的CC1引腳連接到UFP的CC1引腳。因此,DFP CC1引腳的電壓低于5 V,但DFP CC2引腳仍處于邏輯高電平。因此,監(jiān)控DFP CC1和CC2引腳上的電壓,我們可以確定電纜連接及其方向。


除電纜方向外,Rp-Rd路徑還用作傳遞源電流能力信息的方式。為此,功耗(UFP)監(jiān)視CC線上的電壓。當(dāng)CC線上的電壓具有其最低值(約0.41 V)時(shí),源可以分別為USB 2.0和USB 3.0提供500 mA和900 mA的默認(rèn)USB電源。當(dāng)CC線電壓約為0.92 V時(shí),源可提供1.5 A的電流。最高CC線電壓約為1.68 V,對(duì)應(yīng)于3A的源電流能力。


08

VCONN引腳

如上所述,USB Type-C旨在提供超快的數(shù)據(jù)傳輸速度以及高水平的功率流。這些特征可能需要使用通過在內(nèi)部使用芯片進(jìn)行電子標(biāo)記的特殊電纜。此外,一些有源電纜利用重新驅(qū)動(dòng)芯片來加強(qiáng)信號(hào)并補(bǔ)償電纜等引起的損耗。在這些情況下,我們可以通過施加5 V、1 W電源為電纜內(nèi)部的電路供電提供給VCONN引腳。如圖5所示。


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如您所見,有源線纜使用Ra電阻來下拉CC2引腳。Ra的值與Rd不同,因此DFP仍然可以通過檢查DFP CC1和CC2引腳上的電壓來確定電纜方向。確定電纜方向后,與“有源電纜IC”對(duì)應(yīng)的通道配置引腳將連接到5 V,1 W電源,為電纜內(nèi)部的電路供電。例如,在圖5中,有效的Rp-Rd路徑對(duì)應(yīng)于CC1引腳。因此,CC2引腳連接到VCONN表示的電源。


09

SBU1和SBU2針腳

這兩個(gè)引腳對(duì)應(yīng)于僅在備用模式下使用的低速信號(hào)路徑。


100

USB供電

在我們熟悉了USB-C標(biāo)準(zhǔn)的固定,讓我們簡(jiǎn)單介紹一下USB供電和備用模式。
如上所述,使用USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可以通過接口協(xié)商并選擇適當(dāng)水平的功率流。這些功率協(xié)商是通過稱為USB Power Delivery的協(xié)議實(shí)現(xiàn)的,該協(xié)議是上面討論的CC線上的單線通信。下面的圖6顯示了一個(gè)示例USB供電,其中接收器向源發(fā)送請(qǐng)求并根據(jù)需要調(diào)整VBUS電壓。首先,要求提供9 V總線。在源穩(wěn)定總線電壓為9 V后,它會(huì)向接收器發(fā)送“電源就緒”消息。然后,接收器請(qǐng)求一個(gè)5V總線,并且源提供它并再次發(fā)送“電源就緒”消息。


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值得注意的是,“USB供電”不僅僅涉及與供電相關(guān)的談判,其他談判,例如與備用模式相關(guān)的協(xié)商,都是使用標(biāo)準(zhǔn)CC線上的供電協(xié)議完成的。


11

PCB設(shè)計(jì)布線要求

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