一、Type-C简介
USB Type-C是一种相对较新的标准,旨在提供高达10Gb / s的高速数据传输以及高达100W的功率流。这些功能可以使USB Type-C成为现代设备的真正通用连接标准。
图1 三种USB接口
对于传统的USB Type-A或Type-B的设备,在接口定义中就已经规范了供电接口(Source)和受电接口(Sink)的形态,因此不必担心反接或错接的行为。而对于Type-C接口的设备,由于不存在这些区别,用户无法获知其接口的类型,因此需要Type-C控制器自身完成。(感谢关注公众号:硬件笔记本)那么Type-C接口是如何实现相互识别的,又是如何提供正确的供电逻辑的?
二、Type-C接口的引脚定义
Type-C接口分为母头(Receptacle)和公头(Plug)。完整的Type-C引脚为24个。
当然,在实际产品设计中,工程师会根据产品定义适当缩减Pin脚数量以节约成本。例如,对于只提供充电的产品,如电源适配器,这类产品不需要USB3.0的高速数据通信,因此只保留CC、VBUS、GND和D+/D-引脚(感谢关注公众号:硬件笔记本)。
(a)
图2 USBType-C母头(a)和公头(b)的引脚定义
三、Type-C设备之间如何识别
就供电而言,Type-C设备可分为三类
1. 只能作为供电端(Source)的Type-C设备,如Type-C充电器等
2. 只能作为受电端(Sink)的Type-C设备,如Type-C手机等
3. 既可以作为供电端(Source),又可以作为受电端(Sink)的Type-C设备(DRP,Dual RolePort),如Type-C笔记本,双向充电宝等。
显然,当两个Type-C设备通过C2C线材连接在一起时,双方必须知道对方属于何种类型的设备,否则会带来不理想的充电(如反向充电),或者不充电,甚至导致产生安全问题。
例如,当用户利用充电器(Source)给Type-C双向充电宝(DRP)充电时,理想情况下,充电宝应当“担任”Sink的角色。然而,由于设备类型识别错误,可能导致充电宝“担任”Source角色而发生“电流倒灌”的现象,损坏两方设备(感谢关注公众号:硬件笔记本)。
Type-C接口规范通过CC引脚的一系列“上拉”和“下拉”的机制来区分Source、Sink以及DRP。对于Source设备,要求CC引脚配置上拉电阻Rp;对于Sink设备,要求CC引脚配置下拉电阻Rd; 而对于DRP设备,要求通过切换开关,交替性地切换上拉和下拉。
图3 CC引脚的“上拉”和“下拉”
Source通过检测Rp端的CC引脚判断是否有设备接入,Sink通过检测Rd端的CC引脚判断正反插的方向。
下拉电阻Rd=5.1k,上拉电阻Rp根据其供电能力和上拉电压不同而设定。USB Type-C的供电能力有如下几种:
1. 默认USB供电能力(Default USB Power)。USB2.0接口为500mA; USB3.2接口为900mA和1500mA
2. BC1.2(BatteryCharge 1.2)协议。支持最大功率7.5W,即5V1.5A
3. USB Type-C电流1.5A(USB Type-C Current 1.5A),支持最大功率7.5W,即5V1.5A
4. USB Type-C电流3A(USB Type-C Current 3A), 支持最大功率15W,即5V3A
5. USB PD(USB PowerDelivery)协议, 支持最大功率100W,即20V5A
这五种供电能力优先级依次升高,且供电功率也逐渐提高。高优先级的供电能力会覆盖低优先级的供电能力。其中Default USB Power,USB Type-C Current 1.5A和USB Type-C Current 3A可通过配置Rp值来设置(感谢关注公众号:硬件笔记本)。
当两个设备连接完成后,Sink通过检测Rp和Rd的分压值vRd获取Source的供电能力。如下为Rp值,vRd电压范围与Source供电能力的对应关系。
图4 Rp值,vRd电压范围与Source供电能力的对应关系
与此同时,设备的另一个CC已经被悬空或者通过Ra=1k下拉。若有Ra下拉,则说明USB-C线材内置eMarker芯片,需要Source端通过切换该引脚至VCONN为线材供电。
至此,我们已经解释了设备之间通过“上拉”或“下拉”,或者在二者之前交替性切换,来判断Source、Sink以及DRP,并通过Rp电阻值,vRd电压值设置和判断Source的供电能力。
硬件工程师及从业者都在关注我们
声明:
推荐阅读▼
电路设计-电路分析
EMC相关文章
电子元器件
后台回复“加群”,管理员拉你加入同行技术交流群。