简化 USB Type-C 开发工作指南
目录
摘要 (2)
什么是 USB Type-C？ (2)
专用术语 (4)
电力输送 (4)
故障通告 (5)
Type-C 线缆和适配器 (5)
具有备用模式的 Type-C 适配器 (6)
扩展坞或集线器 (8)
解决方案 (8)
总结 (9)
摘要
最常用的电子设备都配备某种类型的通用串行总线 (USB) 端口。这些端口分为 Micro、Mini、Type-A，使用 2.0 或最新的 3.1 等不同标准。USB Type-C 是 USB 端口的重大改进，具有更快的速度和更强的输电性能。这款更先进的连接器可解决其前代产品遇到的所有问题。USB Type-C 可高速传送数据、视频并且提高了输电能力。Type-C 的这些独有优势可使消费者仅需使用 Type-C 线缆即可完成充电、视频或数据传送，无需配备多种线缆。制造商仅需在其设备上设计并配备 Type-C 端口，即可支持不同用途。
Type-C 之所以具有多种功能，是因为 USB 线缆、端口、配接器和集线器中都使用了更为复杂的嵌入式元件，而不是过去简单的内部工作元件。看似简单的 HDMI 转 Type-C 线缆其实很难设计，因为设计时需要使用嵌入式元件。设计 Type-C 解决方案时主要需要处理两个难题，其一是处理供电范围的难题，其二是处理由于采用更高的通信标准而产生通信故障的难题。连接两台设备时，需要启动电力输送协议（PD 协议）。该过程将针对传输电量、以及谁是供电方和用电方进行协商。由于此通信过程需要检测、读取并处理模拟和数字信号，因此需要在主机端口、线缆或配接器中嵌入 MCU 模块以实现 MCU 功能。如果设备之间或主机与设备之间相互不支持，则无法建立通信，就有可能发生故障。检测设备，然后设备与主机进行通信，这也需要 MCU 功能。
USB Type-C 不仅减少了接线数量，还能确保设备之间流畅传输，简化了用户和消费者的操作复杂性。但是，这会给设计者和开发人员带来难题。
什么是 USB Type-C？
目前，USB 端口和线缆的种类繁多，其中包括 Mini、Micro、Type-A、Type-B 等。手机、笔记本电脑和数码相机的端口类型各不相同，繁多的端口类型可能会造成混淆。USB Type-C 以一个标准取代大多数连接标准，涵盖了所有设备，增加了可用性。此类型汇集了所有 USB 端口和线缆的功能，解决了充电和视频传输的问题。USB Type-C 支持多种协议，能够反向兼容 USB 2.0。几乎所有的配件，包括显示器、耳机、充电器和键盘都能通过 USB Type-C 端口与计算机、平板电脑、智能手机等设备连接。
USB Type-C 插口可以兼容其他各种连接标准。
此类端口和线缆的布局如下图所示。插头翻转不会导致任何问题，因为插口使用对称式设计来接收信号。不论插头和插口的方向如何，USB 3.1 SuperSpeed TX/RX、V BUS、GND 和所有其他引脚均可正确连接。Type-C 线缆可以两个方向均可插入，这对用户而言是 Type-A 端口的升级类型。
USB Type-C 插口
USB Type-C 插头引脚输出
USB Type-C 不仅通用而且易用，但增加了采用 USB Type-C 的设备的内部复杂性。USB Type-C 增加了功率输出（提供高达 100W 的功率，可以为大电流设备充电），但对于不需要如此大功率的设备而言，却是问题。这就是为什么需要采用电力输送协议（PD 协议）。PD 协议可确保与任何连接设备的功率传输保持在适当范围内。
专用术语
在具体介绍 USB Type-C 之前，有必要对设备、主机、供电器（源端）和用电器（汇端）加以区分。主机并不总是供电器，因此术语不可互换使用。主机启动所有通信，设备进行响应。通常，主机是下行端口（即 DFP），设备是上行端口（即 UFP）。如果两台主机相连接，则双方的端口都可用作双用途端口（即 DRP），两者都可以在主机和设备间切换角。下文所列为术语使用的常见示例：如果键盘连接至笔记本电脑，则键盘为 UFP 和汇端，笔记本电脑为 DFP 和源端。
电力输送
当 Type-C 插头插入插口时，通过充当 CC 通道上分压器的一系列电阻，在连接设备之间最初启用电力输送协议。由于插头中的 CC 通道可能连接至插口中的 CC1 或 CC2，则该插口仅通过测量 CC1 和 CC2 通道上的电压即可确定插头方向。上拉电阻的不同值代表源端可供应的不同电流量，藉此可以确定 UFP 和 DFP 的角。用电器无法通过不同的下拉电阻值来表示汇集的电流量；只能动态调节其负荷，
与供电器提供的最大电流匹配。
为了准确读取分压器，两台设备均需要使用模拟处理单元，通常在 MCU 中使用精确的模数转换器 (ADC) 来实现此目的。ADC 持续测量 CC 通道上的电压，以监测插头和插口之间的连接状况。MCU 被称为 PD 控制器，负责处理整个物理层和上层协议。其用于对输送或接收的电流量进行协商。对于简单的 Type-C 应用，由于具有电阻，所以不进行配电协商。然而，对于比较复杂的应用，设备通过 CC 通道进行协商，以协调不同的设置。
USB Type-C 通道拓扑
确定插头方向和初始电源后，各设备利用 CC 通道彼此通信。借此，设备可在不同电力水平下保持一致
并指定汇端或源端，以适应实时电力输送。CC 通道也用于确定要使用何种通信类型。如上文所述，USB Type-C 可在高速导线、USB 2.0 及其他信道上进行通信。通过 CC 通道，设备能够确定要使用其中哪一个通道。但是，不是所有设备都支持所有通信协议。
故障通告
如果两台已连接设备不相互支持，则会出现故障。例如，如果一台显示器仅能够接收来自主机的视频，当其连接至无法支持和提供视频数据的主机时，则将会出现故障。如果出现故障，由于无法建立通信，所以主机将不会察觉该故障。因此，USB Type-C 标准要求显示器或设备端的嵌入式元件（布告牌设备）具有故障安全功能。布告牌设备通过 USB 2.0 标准，使用无法建立连接的 D+ 和 D- 通道将信号传送至主机。随后，主机通知用户这两台设备不兼容，如下所示。通常情况下，布告牌设备为 MCU，与 PD 控制器的作用相同。
布告牌设备故障通知
Type-C 线缆和适配器
希望使用老式外围设备（不支持 USB Type-C）的用户需要使用转换线缆或配接器。有多种此类情况。第一种是将USB 2.0 简单地转换为 Type-C，由于 USB 2.0 不支持较高的速度且 Vbus 的电压或电流不超过 5V 或 3A，线缆可简单地从 D+/D-、Vbus 和 GND 连接至连接器。第二种是 Type-C 转 Type-C (Type-C to Type-C) 线缆、将 USB 3.0/1 转为 Type-C 的配接器、或者 Vbus 的电压或电流超过 5V 或 3A 的配接器，设计此线缆或配接器比较困难。
在这些情况下，配接器成为两台设备间电量协商的组成部分，因此要求线缆或配接器使用嵌入式 PD 控制器。PD 控制器最初通过设为 5V 的 Vbus 或 Vconn 通道进行供电。随后，其与主机协商，在 Vbus 通道上设置为一致的电量水平。下图是用于连接两台Type-C 设备的电子标识电缆 (EMCA)。PD 控制器可由 Vconn 1 或 Vconn 2 供电。EMCA 将在 CC 通道上显示其最大功率容量，源端将调整以适应其功率。
typec数据线

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。