【硬件介绍】Type-C接口详解

一、Type-C接口概述

  1. Type-C接口特点:以其独特的扁头设计和无需区分正反两面的便捷性而广受欢迎。这种设计大大提高了用户的使用体验,避免了传统USB接口需要多次尝试才能正确插入的问题。
  2. Type-C接口内部结构:内部上下两排引脚的设计虽然可能不对称,但这种布局巧妙地实现了接口的正反插功能,使得Type-C接口在物理连接上更为灵活和耐用。

在USB Type-C的生态系统中,DFP(Downstream Facing Port)和UFP(Upstream Facing Port)是两个重要的角色,它们定义了设备在USB Type-C连接中的供电和数据传输方向。

1、DFP(Downstream Facing Port)

  1. 定义:DFP是指供电方向朝向另一设备的USB端口,通常是一个电源提供者。
  2. 功能
    • 提供电源:DFP可以提供电源给连接的设备,如充电器、电脑的USB端口等。
    • 数据传输:DFP可以发送和接收数据,但通常在供电角色中,它更多的是作为数据的主导者。
  3. 例子
    • 壁式充电器
    • 电脑的USB Type-C端口
    • USB Type-C扩展坞的供电端口

2、UFP(Upstream Facing Port)

  1. 定义:UFP是指供电方向从另一设备接收电源的USB端口,通常是一个电源消费者。
  2. 功能
    • 接收电源:UFP从DFP接收电源,用于给自身设备充电或供电。
    • 数据传输:UFP也可以发送和接收数据,但通常在接收电源的角色中,它更多的是作为数据的从属者。
  3. 例子
    • 智能手机
    • 平板电脑
    • USB Type-C外接硬盘

3、USB Type-C连接中的角色分配

在一个USB Type-C连接中,设备可以通过以下方式进行角色分配:

  • 角色协商:当两个设备通过Type-C电缆连接时,它们会通过CC引脚进行角色协商。DFP和UFP的角色不是固定的,设备可以根据需要和协商结果切换角色。
  • 双角色端口(DRP):一些设备具有双角色端口,这意味着它们可以同时充当DFP和UFP。例如,笔记本电脑的USB Type-C端口可以在连接充电器时作为UFP接收电源,而在连接智能手机时作为DFP提供电源。

二、Type-C接口与USB的关系

  1. Type-C全名:USB Type-C,是USB(通用串行总线)接口标准的一部分,继承并扩展了USB技术的诸多特性。
  2. USB Type-A简介:作为最常见的USB接口类型,USB Type-A拥有四个引脚,采用USB2.0协议,提供了最高480MBit/s的传输速率,广泛应用于各种电子设备。

三、USB Type-C引脚功能详细说明

Type-C插座

Type-C插头

主要引脚功能包括:

GND(地线)和VBUS(电压总线)

提供电源连接,VBUS通常为5V,是USB接口的电源正极。

D+和D-

这两根线用于兼容USB2.0协议,通过差分信号传输数据,具有较好的抗干扰能力。

TX+、TX-、RX+、RX-

这四根线用于兼容USB3.0协议,实现更高的数据传输速率,最高可达10Gbit/s,支持全双工通信。

SBU(辅助信号线)

用于传输附加功能信号,如音频或视频信号。

  • 音频传输:

        当Type-C设备处于ALT MODE模式,进行DP信号传输时,SBU引脚可作为音频传输通道,将音频信号从设备传输到外部的音频设备,如耳机、扬声器等。

  • 麦克风信号传输:

        在进入TYPE-C模拟音频耳机附件模式时,SBU引脚可作为麦克风信号传输通道,将麦克风采集到的音频信号传输到设备中进行处理。

  • 数据传输:

        SBU2是数字信号的传输通道,主要用于传输数据和控制信号,其传输速度可以达到1.5Mbps,可用于传输数字音频、控制信号以及扩展的USB功能,如USB PD(快速充电协议)和DP(显示器端口),还能实现USB Alt Mode(可选模式)功能,使Type-C接口实现多种信号传输,扩展了其适用范围。

CC(配置通道)

用于识别插入方向和协商供电协议,是Type-C接口能够智能识别插入方向的关键。一般数据线中只有一根导线连接到了CC脚,因此通过判断哪根CC线上有下拉电阻来判断方向

插入状态CC1状态CC2状态描述
正常插入连接开路当Type-C公头正常插入母头时,CC1与电缆连接,CC2开路。
反向插入开路连接当Type-C公头反向插入母头时,CC1开路,CC2与电缆连接。
未插入开路开路当Type-C公头未插入母头时,CC1和CC2都是开路状态。
CC脚下拉电阻

CC脚需要下拉电阻,用于设备识别。如图所示:

 下拉电阻阻值与功能对应表:
下拉电阻阻值 (kΩ)功能描述
5.1USB 2.0 设备或电缆(默认)
10.1USB 3.1 或更高版本的设备或电缆
56下行端口(DFP,例如,充电器或电脑的USB端口)
22.7上行端口(UFP,例如,智能手机或平板电脑)
44.2双角色端口(DRP,即可以作为供电端或接收端)
75被动电缆(不支持数据传输,仅供电)
0 (开路)不确定角色,通常用于检测电缆的插入方向

四、Type-C接口种类

根据不同场景需求,Type-C有着各种版本与删减版本。

完整的Type-C是24个引脚,但由于其成本相对较高、工艺困难,因此Type-C还有各种减配版。

Type-C母座常见种类及实物图
直插(立式)弯插贴片沉板

2脚

4脚
6脚
12脚(16脚)
24脚(完整)
Type-C常见引脚定义对照表
引脚定义

2脚

  1. GND (地)(B12): 两个地引脚,用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)(A9): 两个电源引脚,用于传输直流电源。
4脚
  1. GND (地)(A12、B12): 通常有两个地引脚,用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)(A9、B9): 通常有两个电源引脚,用于传输直流电源。
6脚
  1. GND (地)(A12、B12): 通常有两个地引脚,用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)(A9、B9): 通常有两个电源引脚,用于传输直流电源。
  3. CC (A5、B5): 通信通道引脚,用于电缆插入方向检测、电源角色分配和配置管理。
12脚(16脚)
  1. GND (地)(A1、B1、A12、B12): 通常有两个地引脚,用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)(A9、B9、A4、B4): 通常有两个电源引脚,用于传输直流电源。
  3. CC (A5、B5): 通信通道引脚,用于电缆插入方向检测、电源角色分配和配置管理。
  4. DP(Data Positive)(A6、B6):用于传输差分信号的正部分。

  5. DN(Data Negative)(A7、B7):用于传输差分信号的负部分。
  6. SBUS(Serial Bus)(A8、B8):用于传输附加功能信号,如音频或视频信号
24脚(完整)
  1. GND (Ground)(A1、B1、A12、B12):接地引脚,用于电路的参考点。Type-C接口有多个GND引脚。

  2. TX1+(A2) 和 TX1-(A3):这是第一对差分信号线,用于传输高速数据。

  3. TX2+(B2) 和 TX2-(B3):这是第二对差分信号线,也用于传输高速数据。

  4. VBUS (Voltage Bus)(A4、B4、A9、B9):供电引脚,提供电源给连接的设备。在主机设备上,VBUS提供电源;在设备上,VBUS接收电源。

  5. CC (Configuration Channel)(A5、B5):配置通道引脚,用于检测电缆插入方向、设备角色(主机或设备)、以及电缆类型(例如,是否支持USB 3.1或更高版本)。

  6. SBUS (Serial Bus)(A8、B8):侧带使用引脚,用于辅助信号,可能用于特殊功能或附件模式。

  7. RX1+(B11) 和 RX1-(B10):这是第一对差分信号线,用于接收高速数据。

  8. RX2+(A11) 和 RX2-(A10):这是第二对差分信号线,也用于接收高速数据。

五、Type-C接口的硬件简化实例

  1. Type-C接口的硬件设计可能会根据用途的不同而有所简化,这体现在引脚数量的减少和功能的裁剪上。
  2. 公头和母头的简化设计:
    • DP和DN分别代表D+和D-,用于数据传输。
    • CC1和CC2通过接入5.1k下拉电阻来识别插入方向。
    • VBUS通常作为5V供电使用,而SBU等非必需引脚可以根据需要进行省略。
  3. 这种硬件简化不仅有助于降低生产成本,还能使接口更加紧凑,适应更多样化的设备设计需求。

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