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本章節(jié)將主要對Type-C 工作原理進行大致分析,有興趣不要忘記關注碼思途遠!前一章節(jié):認識Type-C 與快充相關知識本章節(jié)可以幫你解決以下問題:Type-C 是可以盲插,為何還有正插反插的?Type-C 的CC的功能?Type-C 擴展功能功能?1. Type-C Port 行為和系統(tǒng)模型1.1 Type-C Port 行為USB Type-C 的功能大致分為兩種:供電Power Supply,數據傳輸Data Transmission;在不一樣的功能下,具有不一樣的角色和行為:Power roles:Source :供電方的角色下,能為Sink 端提供電源,比如是充電器的一端;Sink :耗電方角色,計入Source 將消耗Vbus Power,比如是充電寶;Dual-Role-Power:DRP 作為Power 的Source or Sink,是可以動態(tài)進行切換。典型的DRP設備是筆記本電腦。設備剛連接時作為哪一種角色,由端口的Power Role決定;后續(xù)也可以通過switch過程更改。Data roles:DFP-mode only :Downstream Facing Port, 下行端口,相當于USB中的Host 角色,相當于車載主機的USB;UFP-mode only :Upstream Facing Port 上行端口,相當于USB 中的Device角色,相當于U盤;Dual-Role Data :DRD 雙角色,等于兩種角色都可以,在軟件中可以配置進行切換,相當于手機USB;
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圖中對于Data Role 和Power Role都有相應的設備舉例。另外提一句USB 的角色進行區(qū)分Host和Device:在USB 總線是一個主從的數據總線,在一條總線當中,只能存在一個USB主機,其他都是為從機,這樣才能正常通信上,在早期設計階段就已經考慮到這個,在協(xié)議通信上上已經設計。1.2 USB Type-C 系統(tǒng)實現模型
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USB Type-C 系統(tǒng)實現模型看出主要分為三大部分,左邊通信接口,中間Type-C 管理,右邊電源;這個部分在軟件編碼上有相應對應,通信,控制,充電管理。主要在中間部分:
USB Type-C Port Controller
? Port Power Control for VBUS and VCONN ? USB Power Delivery PHY
? CC Logic Function
USB Type-C Port Manager? Port Policy Engine? USB Power Delivery Protocol
? Interface to system software via UCSI
2. Type-C CC引腳功能
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正插:A1對A1
反插:A1對B1
重點查看:CC1 / CC2(Configuration Cannel):偵測正反插、偵測cable有沒有接上、判斷哪邊是DFP(Downstream Facing Port)及UFP(Upstream Facing Port)、配置Vbus、配置Vconn、配置其他模式(alternate or accessory mode)、PD溝通等,總言之,CC透過USB type C接線管理主從兩端之間的溝通。2.1 檢測 USB 端口角色
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檢測連接設備,通過CC腳檢測對方是上拉、下拉進行判斷狀態(tài),大致表格如圖:
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表中主要根據CC1 CC2 的引腳狀態(tài)判斷,當前接入,有6種狀態(tài)。其中最后一種Audio Apdapter Mode attached,Type-C 耳機就是典型的一種應用;
舉例:可以看到CC1 CC2 都是下拉狀態(tài)
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2.2 識別電纜方向建立信號路由USB Type-C 中連接器是沒有方向性,正插反插都無所謂,但是對于這個內部來說,是需要進行識別的,USB 3.2 Gen2x2及USB 4.0 Gen1x2,也需要識別兩組差分對中哪一組作為LANE1,因此電纜識別對于USB Type-C是必須要做的一項工作。
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2.3 兩個DRP 連接協(xié)商對于連接兩種都是DRP這種情況,等于說可以作為供電,可以是耗電。當DPR接到UFP裝置,DRP會轉換為DFP。當DRP接到DFP裝置,DRP會轉換為UFP。
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從圖中可以看到CC1 CC2 都是含有一個開關控制,在協(xié)商過程中,將通過芯片進行控制上拉,下拉,懸空等狀態(tài)。2.4 配置VCONNType-C規(guī)范定義了內部有電路需要供電的主動電纜。Type-C電纜上一共有兩個CC引腳,如果其中一個用來識別DFP與UFP,那么另外一個就可以用來作為VCONN為主動電纜提供電源。當DFP檢測到下拉電阻為Ra=800~1200Ohms時,這個CC引腳將切換至VCONN對外輸出4.75~5.5V,功率最大1W。2.5 發(fā)現并配置 VBUS發(fā)現并配置 VBUS,這個部分應該是屬于Type-C 供電,多用于快充充電相關功能。對于USB Type-C 提供最大電流,需要CC pin 進行探測,Type-C 端口可以提供5V/3A ,但是如果配合使用USB PD 協(xié)議,供電能力將會大大提高,USB PD協(xié)議通過CC引腳傳輸協(xié)議數據,負責電源的協(xié)商和管理。CC引腳用于發(fā)現設備連接狀態(tài),并通過USB PD進行更復雜的電源協(xié)商。
首先需要DFP 去檢測當前連接的USB 角色,可以參考2.1 檢測 USB 端口角色
設備發(fā)現和協(xié)商:CC引腳檢測:當設備連接到Type-C端口時,CC引腳的電阻值可以確定電源的能力和設備的電流需求。
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CC :DFP通過CC引腳上的電壓告知UFP供電能力,UFP端的下拉電阻Rd=5.1K,DFP就可以通過其上拉電阻或者電流源在CC引腳上產生電壓。
關于阻值的大小電流源規(guī)格如圖:
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USB PD協(xié)商:通過CC引腳,設備可以使用USB PD協(xié)議與電源進行通信。USB PD協(xié)議允許設備和電源進行電流、電壓以及功率的動態(tài)協(xié)商,從而確保所需的功率能夠滿足需求。
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2.6 Type-C 其他功能關于Type-C 其他功能,重大Type-C規(guī)范定義了替代(Alt)模式與外設(Accessory)模式。這兩種模式使得USB Type-C接口不僅能夠傳輸數據和電力,還能支持多種外部設備和功能。2.6.1 替代模式(Alternate Mode, Alt Mode)替代模式允許USB Type-C接口支持非USB協(xié)議的數據傳輸。通過這種模式,可以在同一接口上使用不同的協(xié)議或標準,實現更多的功能擴展。功能:替代模式使得Type-C接口能夠傳輸HDMI、DisplayPort、MHL等視頻信號,以及其他專用數據協(xié)議。應用場景::視頻輸出,音頻和數據,外部接口;2.6.2 外設模式(Accessory Mode)外設模式用于定義連接到USB Type-C端口的外部配件的行為。與替代模式不同,外設模式的重點在于設備與主機之間的配件功能,而不是數據協(xié)議的替代。功能:允許外部配件如鍵盤、鼠標、耳機等連接到主機設備,通過USB Type-C接口進行通信。應用場景:外部配件:如鍵盤、鼠標、耳機等外設可以通過外設模式連接到主機設備,提供輸入和輸出功能。外圍設備:例如USB Type-C到以太網適配器,可以在外設模式下進行網絡連接。2.6.3 擴展應用Type-C 常見傳輸HDMI 信號,DisplayPort 信號,還有手機上Type-C耳機傳輸音頻信號,還有出現的Type-C 外接顯卡。
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3. 總結本章節(jié)主要對Type-C的工作原理大致分析,主要有數據傳輸和供電兩個大部分,另外主要在于CC 腳的分析,重點也是在CC ,理解CC 腳對Type-C 的理解也有更深的認識。由于Type-C 應用廣泛,不僅在于充電,傳輸數據都有了很大提升,技術迭代,知識點也非常繁多。Type-C 已經成為了一種趨勢,雖然目前還有很多Type A 口,但相信Type-C 將會拿寶座。另外提及到Type-C 線選擇,這里建議選擇這種全功能線,功能都可以實現,質量選擇好一些問題不大。
參考官網:
https://www.usb.org/sites/default/files/D1T1-2%20-%20USB%20Type-C%20System%20Overview.pdf
end
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