超詳細USB Type-C引腳訊號及PCB佈局佈線介紹

作者：由學海無涯發表于書法時間：2022-01-06

USB Type-C是USB聯結器系統的規範，在智慧手機和移動裝置上越來越受歡迎，並且能夠進行電力傳輸和資料傳輸。

與USB的早些產品不同，它也是可翻轉的 - 所以你不需要嘗試多次插入。

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01什麼是USB-Type-C

USB-C是一種相對較新的標準，旨在提供高達10Gb/s的高速資料傳輸以及高達100W的功率。這些功能可以使USB-C成為現代裝置的真正通用連線標準。

02功能介紹

USB-C介面有三個主要功能：

● 它有一個可翻轉的連線介面。介面的設計使插頭可以相對於插座翻轉。

● 它支援USB 2。0、USB 3。0和USB 3。1 Gen 2標準。此外，它還可以在稱為備用模式（Alternate Mode）的操作模式下支援第三方協議，如DisplayPort和HDMI。

● 它允許裝置協商並透過介面選擇適當的功率流。

03訊號圖示

USB Type-C聯結器有24個引腳。圖1和圖2分別顯示了USB Type-C插座和插頭的插針。

04USB 2。0差分對

D +和D-引腳是用於USB 2。0連線的差分對。插座中有兩個D +引腳和兩個D-引腳。

但是，這些引腳相互連線，實際上只有一個USB 2。0資料差分對可供使用。冗餘設計只是為了提供可翻轉的聯結器。

05電源和接地引腳

VBUS和GND引腳是電源和訊號的返回路徑。預設的VBUS電壓為5 V，但標準允許器件協商並選擇VBUS電壓而不是預設值。電源傳輸允許VBUS具有高達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。

當為諸如膝上型電腦的大型裝置充電時，大功率流可能是有用的。圖3顯示了RICHTEK的示例，其中降壓 - 升壓轉換器用於生成膝上型電腦所請求的適當電壓。

請注意，電源傳輸技術使USB Type-C比舊標準更通用，因為它使功率水平適應負載的需要。您可以使用同一根電纜為智慧手機和膝上型電腦充電。

06RX和TX引腳

有兩組RX差分對和兩組TX差分對。

這兩個RX對中的一個以及TX對可用於USB 3。0 / USB 3。1協議。由於聯結器是可翻轉的，因此需要多路複用器透過電纜正確地重新路由所採用的差分對上的資料。

請注意，USB Type-C埠可以支援USB 3。0 / 3。1標準，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連線不使用RX / TX對，並且可以被其他USB Type-C功能使用，例如備用模式和USB供電協議。這些功能甚至可以利用所有可用的RX / TX差分對。

07CC1和CC2針腳

這些引腳是通道配置引腳。它們執行許多功能，例如電纜連線和移除檢測、插座/插頭方向檢測和當前廣播。這些引腳也可用於Power Delivery和Alternate Mode所需的通訊。

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代表下游面向埠，該埠充當資料傳輸中的主機或電源。UFP表示上游面向埠，它是連線到主機或電力消費者的裝置。

DFP透過Rp電阻上拉CC1和CC2引腳，但UFP透過Rd將它們拉低。如果沒有連線電纜，則源在CC1和CC2引腳處看到邏輯高電平。連線USB Type-C電纜可建立從5V電源到地的電流路徑。由於USB Type-C電纜內只有一根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引腳連線到UFP的CC1引腳。因此，DFP CC1引腳的電壓低於5 V，但DFP CC2引腳仍處於邏輯高電平。因此，監控DFP CC1和CC2引腳上的電壓，我們可以確定電纜連線及其方向。

除電纜方向外，Rp-Rd路徑還用作傳遞源電流能力資訊的方式。為此，功耗（UFP）監視CC線上的電壓。當CC線上的電壓具有其最低值（約0。41 V）時，源可以分別為USB 2。0和USB 3。0提供500 mA和900 mA的預設USB電源。當CC線電壓約為0。92 V時，源可提供1。5 A的電流。最高CC線電壓約為1。68 V，對應於3A的源電流能力。

08VCONN引腳

如上所述，USB Type-C旨在提供超快的資料傳輸速度以及高水平的功率流。這些特徵可能需要使用透過在內部使用晶片進行電子標記的特殊電纜。此外，一些有源電纜利用重新驅動晶片來加強訊號並補償電纜等引起的損耗。在這些情況下，我們可以透過施加5 V、1 W電源為電纜內部的電路供電提供給VCONN引腳。如圖5所示。

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仍然可以透過檢查DFP CC1和CC2引腳上的電壓來確定電纜方向。確定電纜方向後，與“有源電纜IC”對應的通道配置引腳將連線到5 V，1 W電源，為電纜內部的電路供電。例如，在圖5中，有效的Rp-Rd路徑對應於CC1引腳。因此，CC2引腳連線到VCONN表示的電源。

09SBU1和SBU2針腳

這兩個引腳對應於僅在備用模式下使用的低速訊號路徑。

100USB供電

在我們熟悉了USB-C標準的固定，讓我們簡單介紹一下USB供電和備用模式。

如上所述，使用USB Type-C標準的裝置可以透過介面協商並選擇適當水平的功率流。這些功率協商是透過稱為USB Power Delivery的協議實現的，該協議是上面討論的CC線上的單線通訊。下面的圖6顯示了一個示例USB供電，其中接收器向源傳送請求並根據需要調整VBUS電壓。首先，要求提供9 V匯流排。在源穩定匯流排電壓為9 V後，它會向接收器傳送“電源就緒”訊息。然後，接收器請求一個5V匯流排，並且源提供它並再次傳送“電源就緒”訊息。