一,Type-C简介及历史
自1998年以来,USB发布至今,USB已经走过20个年头有余了。在这20年间,USB-IF组织发布N种接口状态,包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等接口形态,由于各家产品的喜好不同,不同产品使用不同类型的插座,因此悲剧来了,我们也要常备N中不明用途的接口转接线材。
USB协议发布时间节点
2013年1月7日,USB3.0推广组织在美国消费电子展上宣布,*批传输速率达到10GB/s的设备将于2014年面市,此类产品的USB接口采用USB3.1的标准,即Type-C接口。 Type-C接口插座端的尺寸约为8.3mmX2.5m纤薄设计;支持从正、反两面均可插入的“正反插”功能,可承受1万次反复插拔;配备 Type-C连接器的标准规格连接线可通过3A的电流,如果使用的是带了E-Marker的线缆,则可以提供*达100W的功率。
Type-C插座(母座)端引脚图示
Type-C插头(公头)端引脚图示
由上图可以看到TYPE-C的接口引脚图,每个引脚都有不同作
1)中心点对称因此支持正反插。
2)TX/RX:两组差分信号,用于数据传输
3)CC1/CC2:两个关键引脚,作用很多
探测连接,用于判断插入方向,翻转数据链路
配置Vbus,有USB Type-c和USB Power Delivery模式
配置Vconn,当线缆内有芯片时,一个CC传输信号,
一个CC变成供电Vconn(实际上在不含芯片的线缆里只有一根CC线。含芯片的线缆也不是两根CC线,而是一根CC,一根Vconn,用来给线缆里的芯片供电(3.3V或5V)).
配置其他模式,音频配件等
4)GND和VBus,各4个,因此传输功率强
5)D+和D-是来兼容USB之前的标准的
与前几代传统接口相比,Type-C能够更*的同时支持充电、数据传输、影像传输等功能,真正实现“一口多用”的强大用途。
2021年9月,USB-IF组织发布了*的USB Type-C接口和线缆V2.1版本标准协议,供电能力从100W提升到了240W。
二.USB-PD的充电原理
USB-PD通信通过VBUS上交流耦合的FSK信号的调制(24MHz)进行半双工通信,从而实现手机和充电器的充电过程。
USB-PD通信电缆
SOURCE端和SINK端分别代表适配器端和手机内部芯片SINK控制器,从USB通信传输角度可以理解为USBHOST(主设备)和USBOTG(做从设备)。
当电缆接通之后,USB-PD协议的SOP通信就开始在CC线(type-C接口通信配置通道)上进行,以此来选择电源传输的规格,此部分由SINK端向SOURCE端询问能够提供的电源配置参数(5V/9V/12V/15V/20V)。
USB-PD协议的Type-C系统充电原理框图
以手机端和适配器的9V充电为例,整体过程如下:
USB OTG端(从设备:适配器端)监控VBUS上电压状态,如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTG的ID脚是1K下拉电阻则说明该电缆支持USBPD通信,此时通信过程开始。
SINK端发起SOP(起始段),启动SOURSE端USBPD设备管理器,申请获取SOURSE端能提供的规格资料;
SOURCE端回复能提供的规格列表,即根据USBPD规范解析该消息得出适配器所支持的所有电压和电流列表对;
SINK端回复选择的电压规格,即选择一个电压和电流对,并带上所需要的电流参数,发出相应的请求;
SOURSE端适配器内部解码转换后接受请求,调整适配器输出,把VBUS线缆上由5V抬升到9V;
手机收到消息后,SINK端会调整充电电压和电流,待SOURSE端的VBUS线缆到达9V并达到稳定进行充电。
PD通信波形电平变化
结:USB-PD协议的工作原理简单的说就是利用Type-C接口的CC线作为数据线来协商电压、电流以及供电方向,整个通信过程需要按照特定的数据包格式,并且存在相互的过程。
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