Type-C 的工作原理

一口Linux

本章節(jié)將主要對(duì)Type-C 工作原理進(jìn)行大致分析，有興趣不要忘記關(guān)注碼思途遠(yuǎn)！前一章節(jié)：認(rèn)識(shí)Type-C 與快充相關(guān)知識(shí)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(kuò)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(shù)據(jù)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(jì)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(dòng)態(tài)進(jìn)行切換。典型的DRP設(shè)備是筆記本電腦。設(shè)備剛連接時(shí)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(dāng)于USB中的Host 角色，相當(dāng)于車載主機(jī)的USB;UFP-mode only ：Upstream Facing Port 上行端口，相當(dāng)于USB 中的Device角色，相當(dāng)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(jìn)行切換，相當(dāng)于手機(jī)USB;


圖中對(duì)于Data Role 和Power Role都有相應(yīng)的設(shè)備舉例。另外提一句USB 的角色進(jìn)行區(qū)分Host和Device：在USB 總線是一個(gè)主從的數(shù)據(jù)總線，在一條總線當(dāng)中，只能存在一個(gè)USB主機(jī)，其他都是為從機(jī)，這樣才能正常通信上，在早期設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)考慮到這個(gè)，在協(xié)議通信上上已經(jīng)設(shè)計(jì)。1.2 USB Type-C 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型

USB Type-C 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(gè)部分在軟件編碼上有相應(yīng)對(duì)應(yīng)，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

正插：A1對(duì)A1
反插：A1對(duì)B1
重點(diǎn)查看：CC1 / CC2（Configuration Cannel）：偵測(cè)正反插、偵測(cè)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(cè) USB 端口角色

檢測(cè)連接設(shè)備，通過CC腳檢測(cè)對(duì)方是上拉、下拉進(jìn)行判斷狀態(tài)，大致表格如圖：

表中主要根據(jù)CC1 CC2 的引腳狀態(tài)判斷，當(dāng)前接入，有6種狀態(tài)。其中最后一種Audio Apdapter Mode attached，Type-C 耳機(jī)就是典型的一種應(yīng)用；
舉例：可以看到CC1 CC2 都是下拉狀態(tài)

2.2 識(shí)別電纜方向建立信號(hào)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(duì)于這個(gè)內(nèi)部來說，是需要進(jìn)行識(shí)別的，USB 3.2 Gen2x2及USB 4.0 Gen1x2，也需要識(shí)別兩組差分對(duì)中哪一組作為L(zhǎng)ANE1，因此電纜識(shí)別對(duì)于USB Type-C是必須要做的一項(xiàng)工作。


2.3 兩個(gè)DRP 連接協(xié)商對(duì)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(dāng)DPR接到UFP裝置，DRP會(huì)轉(zhuǎn)換為DFP。當(dāng)DRP接到DFP裝置，DRP會(huì)轉(zhuǎn)換為UFP。

從圖中可以看到CC1 CC2 都是含有一個(gè)開關(guān)控制，在協(xié)商過程中，將通過芯片進(jìn)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(nèi)部有電路需要供電的主動(dòng)電纜。Type-C電纜上一共有兩個(gè)CC引腳，如果其中一個(gè)用來識(shí)別DFP與UFP，那么另外一個(gè)就可以用來作為VCONN為主動(dòng)電纜提供電源。當(dāng)DFP檢測(cè)到下拉電阻為Ra=800~1200Ohms時(shí)，這個(gè)CC引腳將切換至VCONN對(duì)外輸出4.75~5.5V，功率最大1W。2.5 發(fā)現(xiàn)并配置 VBUS發(fā)現(xiàn)并配置 VBUS，這個(gè)部分應(yīng)該是屬于Type-C 供電，多用于快充充電相關(guān)功能。對(duì)于USB Type-C 提供最大電流，需要CC pin 進(jìn)行探測(cè)，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(huì)大大提高，USB PD協(xié)議通過CC引腳傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)電源的協(xié)商和管理。CC引腳用于發(fā)現(xiàn)設(shè)備連接狀態(tài)，并通過USB PD進(jìn)行更復(fù)雜的電源協(xié)商。
首先需要DFP 去檢測(cè)當(dāng)前連接的USB 角色，可以參考2.1 檢測(cè) USB 端口角色
設(shè)備發(fā)現(xiàn)和協(xié)商：

CC引腳檢測(cè)：當(dāng)設(shè)備連接到Type-C端口時(shí)，CC引腳的電阻值可以確定電源的能力和設(shè)備的電流需求。


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(chǎn)生電壓。
關(guān)于阻值的大小電流源規(guī)格如圖：

USB PD協(xié)商：通過CC引腳，設(shè)備可以使用USB PD協(xié)議與電源進(jìn)行通信。USB PD協(xié)議允許設(shè)備和電源進(jìn)行電流、電壓以及功率的動(dòng)態(tài)協(xié)商，從而確保所需的功率能夠滿足需求。

2.6 Type-C 其他功能關(guān)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(shè)（Accessory）模式。這兩種模式使得USB Type-C接口不僅能夠傳輸數(shù)據(jù)和電力，還能支持多種外部設(shè)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(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)更多的功能擴(kuò)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(hào)，以及其他專用數(shù)據(jù)協(xié)議。應(yīng)用場(chǎng)景：：視頻輸出，音頻和數(shù)據(jù)，外部接口；2.6.2 外設(shè)模式（Accessory Mode）外設(shè)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(shè)模式的重點(diǎn)在于設(shè)備與主機(jī)之間的配件功能，而不是數(shù)據(jù)協(xié)議的替代。功能：允許外部配件如鍵盤、鼠標(biāo)、耳機(jī)等連接到主機(jī)設(shè)備，通過USB Type-C接口進(jìn)行通信。應(yīng)用場(chǎng)景：外部配件：如鍵盤、鼠標(biāo)、耳機(jī)等外設(shè)可以通過外設(shè)模式連接到主機(jī)設(shè)備，提供輸入和輸出功能。外圍設(shè)備：例如USB Type-C到以太網(wǎng)適配器，可以在外設(shè)模式下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。2.6.3 擴(kuò)展應(yīng)用Type-C 常見傳輸HDMI 信號(hào)，DisplayPort 信號(hào)，還有手機(jī)上Type-C耳機(jī)傳輸音頻信號(hào)，還有出現(xiàn)的Type-C 外接顯卡。


3. 總結(jié)本章節(jié)主要對(duì)Type-C的工作原理大致分析，主要有數(shù)據(jù)傳輸和供電兩個(gè)大部分，另外主要在于CC 腳的分析，重點(diǎn)也是在CC ，理解CC 腳對(duì)Type-C 的理解也有更深的認(rèn)識(shí)。由于Type-C 應(yīng)用廣泛，不僅在于充電，傳輸數(shù)據(jù)都有了很大提升，技術(shù)迭代，知識(shí)點(diǎn)也非常繁多。Type-C 已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)，雖然目前還有很多Type A 口，但相信Type-C 將會(huì)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(shí)現(xiàn)，質(zhì)量選擇好一些問題不大。
參考官網(wǎng)：
https://www.usb.org/sites/default/files/D1T1-2%20-%20USB%20Type-C%20System%20Overview.pdf
end

一口Linux

關(guān)注，回復(fù)【1024】海量Linux資料贈(zèng)送
精彩文章合集
文章推薦
?【專輯】ARM?【專輯】粉絲問答?【專輯】所有原創(chuàng)?【專輯】linux入門?【專輯】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)?【專輯】Linux驅(qū)動(dòng)?【干貨】嵌入式驅(qū)動(dòng)工程師學(xué)習(xí)路線?【干貨】Linux嵌入式所有知識(shí)點(diǎn)-思維導(dǎo)圖