Каково определение контактов интерфейса Type-C?

Последняя спецификация интерфейса, представленная после Type-B. В отличие от традиционного интерфейса USB, Type-C имеет симметричную конструкцию, которая не требует различения направления вилки, что позволяет избежать утомительной работы пользователей, подключающих в правильном и неправильном направлении. Кроме того, USB Type-C поддерживает протокол USB PD (Power Delivery), который увеличивает мощность зарядки с традиционного максимума 7,5 Вт (5 В 1,5 А) до максимума 100 Вт (20 В 5 А). Последняя спецификация USB PD3.1 дополнительно улучшает мощность зарядки Type-C, достигая максимальной мощности до 240 Вт (28 В 5 А).

Для традиционных USB-устройств Type-A или Type-B интерфейс источника питания (Source) и интерфейс приема питания (Sink) уже стандартизированы в определении интерфейса, поэтому нет необходимости беспокоиться об обратном или неправильном подключении. Для устройств с интерфейсами Type-C, поскольку таких различий нет, пользователи не могут знать тип интерфейса, поэтому контроллер Type-C должен сам его завершить. Так как же интерфейсы Type-C распознают друг друга и обеспечивают правильную логику питания?

Определение контактов интерфейса Type-C

Интерфейс Type-C делится на гнездо (Receptacle) и штекер (Plug). Полное количество контактов Type-C составляет 24, и определения каждого контакта следующие:

1. VBUS: всего четыре канала, контакты напряжения шины для подачи питания между устройствами, независимо от того, вставлены ли они вперед или назад, эти четыре контакта будут обеспечивать подачу питания.

2. GND: Всего четыре канала, цепи питания между устройствами, независимо от того, вставлены ли они вперед или назад, эти четыре контакта будут обеспечивать цепи питания.

3. TX+/TX- и RX+/RX-: всего четыре пары для высокоскоростных сигналов USB3.0

4. D+/D-: Всего две пары для сигналов USB2.0. На гнездовом разъеме эти две пары замыкаются в одну пару

5. CC/VCONN: контакт CC — это конфигурационный контакт, используемый для обнаружения подключения устройства и прямого и обратного направления подключения, а также линия для связи USB PD; VCONN — это контакт, который косо симметричен контакту CC. Когда один контакт подтверждается как CC, другой определяется как VCONN, который используется для питания кабеля eMark

6. SBU1/SBU2: мультиплексные контакты, например, обеспечивающие дополнительные SBTX и SBRX для USB4

Гнездовой разъем имеет 24 контакта с косой симметрией на верхних и нижних контактах для удовлетворения потребностей пользователя в прямом и обратном подключении; штекерный разъем имеет 22 контакта. Поскольку в спецификации USB2.0 есть только одна пара контактов D+/D-, в штекерном разъеме сохраняется только одна пара контактов D+/D-.

Конечно, при проектировании реального продукта инженеры будут соответствующим образом уменьшать количество контактов в соответствии с определением продукта, чтобы сэкономить средства. Например, для продуктов, которые обеспечивают только зарядку, таких как адаптеры питания, такие продукты не требуют высокоскоростной передачи данных USB3.0, поэтому сохраняются только контакты CC, VBUS, GND и D+/D-.

По способу питания устройства Type-C можно разделить на три категории:

1. Устройства Type-C, которые можно использовать только в качестве источника питания (источника), например, зарядные устройства Type-C и т. д.

2. Устройства Type-C, которые можно использовать только как приемники энергии (Sink), например, мобильные телефоны Type-C и т. д.

3. Устройства Type-C (DRP, Dual RolePort), которые можно использовать как в качестве источника питания (источник), так и в качестве приемника питания (приемник), например, ноутбуки Type-C, двухсторонние внешние аккумуляторы и т. д.

Очевидно, что при подключении двух устройств Type-C с помощью кабелей C2C обе стороны должны знать, к какому типу устройства относится другая сторона, в противном случае это приведет к неудовлетворительной зарядке (например, обратной зарядке) или отсутствию зарядки, а также возникновению проблем с безопасностью.

Например, когда пользователь использует зарядное устройство (Источник) для зарядки двухстороннего внешнего аккумулятора Type-C (DRP), в идеале внешний аккумулятор должен «служить» стоком. Однако из-за неправильной идентификации типа устройства внешний аккумулятор может «служить» источником и вызывать «обратный ток», повреждая оба устройства.

Спецификация интерфейса Type-C различает Source, Sink и DRP с помощью ряда механизмов «pull-up» и «pull-down» на выводе CC. Для устройств Source вывод CC должен быть сконфигурирован с подтягивающим резистором Rp; для устройств Sink вывод CC должен быть сконфигурирован с подтягивающим резистором Rd; а для устройств DRP подтягивание и подтягивание попеременно переключаются переключателями.

Источник определяет, подключено ли устройство, путем обнаружения контакта CC на конце Rp, а приемник определяет направление прямой и обратной вставки путем обнаружения контакта CC на конце Rd.

Резистор pull-down Rd=5.1k и резистор pull-up Rp устанавливаются в соответствии с его мощностью источника питания и напряжением подтяжки. Мощность источника питания USB Type-C следующая:

1. Мощность источника питания USB по умолчанию (Default USB Power). Интерфейс USB2.0 — 500 мА; интерфейс USB3.2 — 900 мА и 1500 мА.

2. Протокол BC1.2 (BatteryCharge 1.2). Поддерживает максимальную мощность 7,5 Вт, т.е. 5 В 1,5 А

3. USB Type-C Ток 1,5 А, поддерживает максимальную мощность 7,5 Вт, т.е. 5 В 1,5 А

4. USB Type-C Ток 3А, поддерживает максимальную мощность 15 Вт, т.е. 5В3А

5. Протокол USB PD (USB Power Delivery), поддерживает максимальную мощность 100 Вт, т.е. 20 В 5 А

Приоритеты этих пяти возможностей источника питания увеличиваются последовательно, и мощность источника питания также постепенно увеличивается. Возможность источника питания с высоким приоритетом переопределяет возможность источника питания с низким приоритетом. Среди них, Default USB Power, USB Type-C Current 1.5A и USB Type-C Current 3A можно задать, настроив значение Rp.

Когда два устройства подключены, Sink получает возможность подачи питания от Source, определяя значение делителя напряжения vRd Rp и Rd. Ниже приведена соответствующая взаимосвязь между значением Rp, диапазоном напряжения vRd и возможностью подачи питания от Source.

В то же время другой CC устройства остался плавающим или подтянут вниз Ra=1k. Если Ra подтянут вниз, это означает, что кабель USB-C имеет встроенный чип eMarker, и Источнику необходимо переключить контакт на VCONN для питания кабеля.

До сих пор мы объясняли, что устройства используют "pull-up" или "pull-down", или поочередно переключаются между ними, чтобы определить Source, Sink и DRP, а также установить и определить мощность источника питания по значению сопротивления Rp и значению напряжения vRd. Однако как реализуется этот процесс? Как Type-C избегает обратной зарядки или неправильной зарядки?