Vad är stiftdefinitionen för Type-C-gränssnitt

Den senaste gränssnittsspecifikationen introducerades efter Type-B. Till skillnad från det traditionella USB-gränssnittet antar Type-C en symmetrisk design, som inte behöver särskilja kontaktens riktning, vilket undviker den tråkiga operationen av användare som ansluter i rätt och fel riktning. Dessutom stöder USB Type-C protokollet USB PD (Power Delivery), vilket ökar laddningseffekten från de traditionella max 7,5W (5V1,5A) till max 100W (20V5A). Den senaste USB PD3.1-specifikationen förbättrar ytterligare Type-C-laddningseffekten, med en maximal effekt på upp till 240W (28V5A).

För traditionella USB Typ-A- eller Type-B-enheter är strömförsörjningsgränssnittet (källa) och strömmottagningsgränssnittet (Sink) redan standardiserade i gränssnittsdefinitionen, så det finns ingen anledning att oroa sig för omvänd eller fel anslutning. För enheter med Type-C-gränssnitt, eftersom det inte finns några sådana skillnader, kan användare inte veta vilken typ av gränssnitt, så Type-C-styrenheten måste själv slutföra den. Så hur känner Type-C-gränssnitt igen varandra och ger rätt strömförsörjningslogik?

Pin-definition av Type-C-gränssnitt

Typ-C-gränssnitt är uppdelat i honhuvud (uttag) och hanhuvud (kontakt). De kompletta Type-C-stiften är 24, och definitionerna för varje stift är som följer:

1. VBUS: Totalt fyra kanaler, BUS-spänningsstift för strömförsörjning mellan enheter, oavsett om de är insatta framåt eller bakåt, kommer dessa fyra stift att tillhandahålla strömförsörjning

2. GND: Totalt fyra kanaler, strömförsörjningskretsar mellan enheter, oavsett om de är insatta framåt eller bakåt, kommer dessa fyra stift att tillhandahålla strömförsörjningskretsar

3. TX+/TX- och RX+/RX-: Totalt fyra par, för USB3.0 höghastighetssignaler

4. D+/D-: Totalt två par, för USB2.0-signaler. Vid honkontakten kommer dessa två par att kortsluta till ett par

5. CC/VCONN: CC-stift är ett konfigurationsstift som används för att upptäcka enhetsanslutning och framåt och bakåt pluggningsriktningen, och är också linjen för USB PD-kommunikation; VCONN är ett stift som är snett symmetriskt mot CC-stiftet. När ett stift bekräftas som CC, definieras det andra som VCONN, som används för att driva eMark-kabeln

6. SBU1/SBU2: Multiplexa stift, som att tillhandahålla ytterligare SBTX och SBRX för USB4

Honkontakten har 24 stift med sned symmetri på de övre och nedre stiften för att möta användarens behov av att plugga framåt och bakåt; hankontakten är 22 stift. Eftersom det bara finns ett par D+/D- i USB2.0-specifikationen, finns endast ett par D+/D-stift kvar i hankontakten.

Naturligtvis, i faktisk produktdesign kommer ingenjörer att på lämpligt sätt minska antalet stift enligt produktdefinitionen för att spara kostnader. Till exempel, för produkter som endast tillhandahåller laddning, såsom strömadaptrar, kräver sådana produkter inte höghastighetsdatakommunikation av USB3.0, så endast CC-, VBUS-, GND- och D+/D- stift behålls.

När det gäller strömförsörjning kan Type-C-enheter delas in i tre kategorier

1. Typ-C-enheter som endast kan användas som strömförsörjning (Source), såsom Type-C-laddare, etc.

2. Typ-C-enheter som endast kan användas som strömmottagning (Sink), som typ-C-mobiltelefoner, etc.

3. Typ-C-enheter (DRP, Dual RolePort) som kan användas både som strömförsörjning (Source) och strömmottagning (Sink), såsom Type-C-datorer, tvåvägsströmbanker, etc.

Uppenbarligen, när två Type-C-enheter är sammankopplade via C2C-kablar, måste båda parter veta vilken typ av enhet den andra parten tillhör, annars kommer det att leda till otillfredsställande laddning (som omvänd laddning), eller ingen laddning, och till och med orsaka säkerhetsproblem.

Till exempel, när en användare använder en laddare (källa) för att ladda en Type-C tvåvägs powerbank (DRP), idealiskt bör powerbanken "tjäna" som en diskbänk. På grund av felaktig enhetstypidentifiering kan dock powerbanken "fungera" som en källa och orsaka "strömåterflöde", vilket skadar båda enheterna.

Typ-C-gränssnittsspecifikationen skiljer mellan Source, Sink och DRP genom en serie "pull-up" och "pull-down"-mekanismer på CC-stiftet. För källenheter krävs att CC-stiftet konfigureras med ett pull-up-motstånd Rp; för Sink-enheter måste CC-stiftet konfigureras med ett neddragningsmotstånd Rd; och för DRP-enheter växlas pull-up och pull-down växelvis genom omkopplare.

Källa bestämmer om en enhet är ansluten genom att detektera CC-stiftet vid Rp-änden, och Sink bestämmer riktningen för framåt- och bakåtinsättning genom att detektera CC-stiftet vid Rd-änden.

Pull-down resistor Rd=5.1k, och pull-up resistor Rp ställs in enligt dess strömförsörjningskapacitet och pull-up spänning. Strömförsörjningskapaciteten för USB Type-C är som följer:

1. Standard USB-strömförsörjningskapacitet (Standard USB Power). USB2.0-gränssnittet är 500mA; USB3.2-gränssnittet är 900mA och 1500mA

2. BC1.2 (BatteryCharge 1.2) protokoll. Stöder en maximal effekt på 7,5W, dvs 5V1,5A

3. USB Type-C Current 1,5A, stöder en maximal effekt på 7,5W, dvs 5V1,5A

4. USB Type-C Current 3A, stöder en maximal effekt på 15W, dvs 5V3A

5. USB PD (USB Power Delivery) protokoll, stöder en maximal effekt på 100W, dvs 20V5A

Prioriteringarna för dessa fem strömförsörjningsmöjligheter ökar i sekvens, och strömförsörjningseffekten ökar också gradvis. Strömförsörjningsförmågan med hög prioritet kommer att åsidosätta strömförsörjningskapaciteten med låg prioritet. Bland dem kan Standard USB Power, USB Type-C Current 1.5A och USB Type-C Current 3A ställas in genom att konfigurera Rp-värdet.

När de två enheterna är anslutna erhåller sinken strömförsörjningskapaciteten för källan genom att detektera spänningsdelarvärdet vRd för Rp och Rd. Följande är det motsvarande förhållandet mellan Rp-värdet, vRd-spänningsområdet och källans strömförsörjningskapacitet.

Samtidigt har enhetens andra CC lämnats flytande eller dragits ned av Ra=1k. Om Ra dras ned betyder det att USB-C-kabeln har ett inbyggt eMarker-chip, och källan behöver byta stiftet till VCONN för att strömförsörja kabeln.

Hittills har vi förklarat att enheterna använder "pull-up" eller "pull-down", eller växlar mellan de två, för att bestämma källan, Sink och DRP, och ställa in och bestämma strömförsörjningskapaciteten för Source Rp-resistansvärdet och vRd-spänningsvärdet. Men hur implementeras denna process? Hur undviker Type-C omvänd laddning eller felaktig laddning?