Type-C物理接口和引脚功能

一路上

1．前言

Type-C除了拥有更好的充电效率外，基于Type-C的设备还拥有强大的生态系统，可以广泛兼容几乎所有使用Type-C接口的产品。用户可以通过Type-C接口直接插入U盘、键盘、显示器和任何外设。下面就让我们从引脚信号及PCB布局详细了解下USB Type-C吧！

2．什么是USB-Type-C

Type-c只是一种物理接口的简称，满PIN（24PIN）被赋予了诸多协议，如PD协议、音频协议、视频协议、雷电协议、等等，无非就是三种形式 纯充电，充电加数据传输，充电加数据传输加DP数据传输。

3．功能信号介绍

USB Type-C连接器有24个引脚，图1和图2分别显示了USB Type-C插座和插头的插针。

上半部分是Type-c母头，下半部分是Type-c公头，公头比母头少一组D+D-和一个CC，这个设计是为了方便正反插。

PD协议：最大功率能达到100W，能够实现60W以上功率承载能力的任何电缆都必须有电子标签，并且能够与DFP端口通信。

音频协议：Type-c模拟耳机 CC+Vconn下拉接地（GND）D+D-走 USB2.0数据SBU1+SBU2走麦克风信号 Type-c数字耳机CC1和CC2上面必须有一个下拉电阻Rd。

视频协议：TX1+/- RX1+/-走DP视频信号，TX2+/- RX2+/-走USB3.0数据，如果需要更高的带宽TX1+/- RX1+/-，TX2+/- RX2+/-，走DP视频信号带宽更高，视频分辨率更高。

雷电协议：英特尔独有的协议 带宽高达40Gbps 走DP视频信号分辨率可以达到8K 走USB数据可以达到3.1gen2（10Gbps）速率。

带电子标签的电缆如果插入不支持USB供电规范2.0的插座中，其行为与标准的无源电缆完全相同，所需PIN （VBUS+GND+CC）。

4．USB 2.0差分对

D+和D-引脚是用于USB 2.0连接的差分对，插座中有两个D+引脚和两个D-引脚。但是，这些引脚相互连接，实际上只有一个USB 2.0数据差分对可供使用，冗余设计只是为了提供可翻转的连接器。

5．电源和接地引脚

VBUS和GND引脚是电源和信号的返回路径，默认的VBUS电压为5V，但标准允许器件协商并选择VBUS电压而不是默认值。电源传输允许VBUS具有高达20V的电压，最大电流也可以升高到5A。因此，USB Type-C可以提供100W的最大功率。

当为诸如笔记本电脑的大型设备充电时，大功率流可能是有用的。图3显示了RICHTEK的示例，其中降压 - 升压转换器用于生成笔记本电脑所请求的适当电压。

请注意：电源传输技术使USB Type-C比旧标准更通用，因为它使功率水平适应负载的需要；您可以使用同一根电缆为智能手机和笔记本电脑充电。

6．RX和TX引脚

有两组RX差分对和两组TX差分对，这两个RX对中的一个以及TX对可用于USB 3.0 / USB 3.1协议。由于连接器是可翻转的，因此需要多路复用器通过电缆正确地重新路由所采用的差分对上的数据。

请注意：USB Type-C端口可以支持USB 3.0 / 3.1标准，但USB Type-C的最小功能集不包括USB 3.0 / 3.1。在这种情况下，USB 3.0 / 3.1连接不使用RX / TX对，并且可以被其他USB Type-C功能使用，例如备用模式和USB供电协议。这些功能甚至可以利用所有可用的RX / TX差分对。

7．CC1和CC2针脚

这些引脚是通道配置引脚，它们执行许多功能，例如电缆连接和移除检测、插座/插头方向检测和当前广播。这些引脚也可用于Power Delivery和Alternate Mode所需的通信，下面的图4显示了CC1和CC2引脚如何显示插座/插头方向。在此图中，DFP代表下游面向端口，该端口充当数据传输中的主机或电源。UFP表示上游面向端口，它是连接到主机或电力消费者的设备。

DFP通过Rp电阻上拉CC1和CC2引脚，但UFP通过Rd将它们拉低。如果没有连接电缆，则源在CC1和CC2引脚处看到逻辑高电平。连接USB Type-C电缆可创建从5V电源到地的电流路径。由于USB Type-C电缆内只有一根CC线，因此只形成一条电流路径。例如，在图4的上图中，DFP的CC1引脚连接到UFP的CC1引脚。因此，DFP CC1引脚的电压低于5 V，但DFP CC2引脚仍处于逻辑高电平。因此，监控DFP CC1和CC2引脚上的电压，我们可以确定电缆连接及其方向。

除电缆方向外，Rp-Rd路径还用作传递源电流能力信息的方式。为此，功耗（UFP）监视CC线上的电压。当CC线上的电压具有其最低值（约0.41 V）时，源可以分别为USB 2.0和USB 3.0提供500 mA和900 mA的默认USB电源。当CC线电压约为0.92 V时，源可提供1.5 A的电流。最高CC线电压约为1.68 V，对应于3A的源电流能力。

8．VCONN引脚

如上所述，USB Type-C旨在提供超快的数据传输速度以及高水平的功率流。这些特征可能需要使用通过在内部使用芯片进行电子标记的特殊电缆。此外，一些有源电缆利用重新驱动芯片来加强信号并补偿电缆等引起的损耗。在这些情况下，我们可以通过施加5 V、1 W电源为电缆内部的电路供电提供给VCONN引脚。如图5所示。

如您所见，有源线缆使用Ra电阻来下拉CC2引脚。Ra的值与Rd不同，因此DFP仍然可以通过检查DFP CC1和CC2引脚上的电压来确定电缆方向。确定电缆方向后，与“有源电缆IC”对应的通道配置引脚将连接到5 V，1 W电源，为电缆内部的电路供电。例如，在图5中，有效的Rp-Rd路径对应于CC1引脚。因此，CC2引脚连接到VCONN表示的电源。

9．SBU1和SBU2针脚

这两个引脚对应于仅在备用模式下使用的低速信号路径。

10．USB供电

在我们熟悉了USB-C标准的固定，让我们简单介绍一下USB供电和备用模式。

如上所述，使用USB Type-C标准的设备可以通过接口协商并选择适当水平的功率流。这些功率协商是通过称为USB Power Delivery的协议实现的，该协议是上面讨论的CC线上的单线通信。下面的图6显示了一个示例USB供电，其中接收器向源发送请求并根据需要调整VBUS电压。首先，要求提供9V总线。在源稳定总线电压为9V后，它会向接收器发送“电源就绪”消息。然后，接收器请求一个5V总线，并且源提供它并再次发送“电源就绪”消息。

值得注意的是，“USB供电”不仅仅涉及与供电相关的谈判，其他谈判，例如与备用模式相关的协商，都是使用标准CC线上的供电协议完成的。

11．Type-c接口布局布线要求:

1)ESD、共模电感器件靠近USB接口，放置的顺序是ESD-共模电感-阻容；同样也要注意ESD和USB的距离，留有1.5mm的间距，考虑后焊的情况。

2)Type-Ce有RXTX1-2四组差分信号，两组D+/D-差分信号，一共六对差分线，差分信号线要求至少紧邻-一个地平面，两侧都紧邻地平面最好。

3)保证差分线的的线间距在走线过程中的一致性，差分线要尽量等长，如果两根线长度相差大时，可以绘制蛇行线增加短线长度。

4)CC1/CC2是两个关键引脚，作用很多：探测连接，区分正反面，区分DFP和UFP，也就是主从配置Vbus，走线时面要加粗处理。

12．结语

USB Type-C是一种全新的接口标准，随着科技的发展和智能设备的迅猛普及，逐渐成为现代计算机，手机和其他电子设备中广泛使用的接口。这一接口与旧有的USB接口相比，拥有更小巧的外形和全新的设计理念。