USB Type-C工作原理深度解析--入門級

自從Apple發(fā)布了新MacBook，就一堆人在說USB Type-C。我來從硬件角度解析下這個USB Type-C，順便解惑。

特色

尺寸小，支持正反插，速度快(10Gb)。這個小是針對以前電腦上的USB接口說的，實際相對android機上的microUSB還大了點：

USB Type-C：8.3mmx2.5mm

microUSB：7.4mmx2.35mm

而lightning：7.5mmx2.5mm

所以，從尺寸上我看不到USB Type-C在手持設(shè)備上的優(yōu)勢。而速度，只能看視頻傳輸是否需要了。

引腳定義

可以看到，數(shù)據(jù)傳輸主要有TX/RX兩組差分信號，CC1和CC2是兩個關(guān)鍵引腳，作用很多：

? 探測連接，區(qū)分正反面，區(qū)分DFP和UFP，也就是主從

? 配置Vbus，有USB Type-C和USB Power Delivery兩種模式

? 配置Vconn，當(dāng)線纜里有芯片的時候，一個cc傳輸信號，一個cc變成供電Vconn

? 配置其他模式，如接音頻配件時，dp，pcie時

電源和地都有4個，這就是為什么可以支持到100W的原因。

不要看著USB Type-C好像能支持最高20V/5A，實際上這需要USB PD，而支持USB PD需要額外的pd芯片，所以不要以為是USB Type-C接口就可以支持到20V/5A。

當(dāng)然，以后應(yīng)該會出現(xiàn)集成到一起的芯片。

輔助信號sub1和sub2(Side band use)，在特定的一些傳輸模式時才用。

d+和d-是來兼容USB之前的標準的。

這里說一下，USB3.0只有一組RX/TX，速度是5Gb，USB Type-C為了保證正反都可以插就用了兩組，但實際上數(shù)據(jù)傳輸還是只用了一組RX/TX,速度就已經(jīng)達到10Gb了。如果后面升級協(xié)議，兩組都傳的話就和DisplayPort一樣20Gb了。

工作流程

上圖DFP (Downstream Facing Port)也就是主，UFP (Upstream Facing Port)為從。除了DFP、UFP，還有個DRP (Dual Role port)，DRP可以做DFP也可以做UFP。當(dāng)DPR接到UFP，DRP轉(zhuǎn)化為DFP。當(dāng)DRP接到DFP，DRP轉(zhuǎn)化為UFP。兩個DRP接在一起，這時就是任意一方為DFP，另一方為UFP。

在DFP的CC pin有上拉電阻Rp，在UFP有下拉電阻Rd。未連接時，DFP的VBUS是無輸出的。連接后，CC pin相連，DFP的CC pin會檢測到UFP的下拉電阻Rd，說明連接上了，DFP就打開Vbus電源開關(guān)，輸出電源給UFP。而哪個CC pin(CC1，CC2)檢測到下拉電阻就確定接口插入的方向，順便切換RX/TX。

電阻Rd=5.1k，電阻Rp為不確定的值，根據(jù)前面的圖看到USB Type-C有幾種供電模式，靠什么來甄別?就靠Rp的值，Rp的值不一樣，CC pin檢測到的電壓就不一樣，然后來控制DFP端執(zhí)行哪種供電模式。

需要注意的是，上圖里畫了兩個CC，實際上在不含芯片的線纜里只有一根cc線。

含芯片的線纜也不是兩根cc線，而是一根cc，一根Vconn，用來給線纜里的芯片供電(3.3V或5V)，這時就cc端沒有下拉電阻Rd，而是下拉電阻Ra，800-1200歐。

當(dāng)CC pin兩個都接了下拉電阻<=Ra，DFP進入音頻配件模式，左右聲道，mic都俱全，如上圖。

USB Type-C和DisplayPort，PCIE

USB PD是BMC編碼的信號，而之前的USB則是FSK，所以存在不兼容，不知道目前市面上有沒有能轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品。

USB PD是在CC pin上傳輸，PD有個VDM (Vendor defined message)功能，定義了裝置端ID，讀到支持DP或PCIe的裝置，DFP就進入替代(alternate)模式。

如果DFP認到device為DP，便切換MUX/Configuration Switch，讓Type-C USB3.1信號腳改為傳輸DP信號。AUX輔助由Type-C的SBU1,SUB2來傳。HPD是檢測腳，和CC差不多，所以共用。

而DP有lane0-3四組差分信號，Type-C有RX/TX1-2也是四組差分信號，所以完全替代沒問題。而且在DP協(xié)議里的替代模式，可以USB信號和DP信號同時傳輸，RX/TX1傳輸USB數(shù)據(jù)，RX/TX2替換為lane0,1兩組數(shù)據(jù)傳輸，此時可支持到4k。

如果DFP認到device為DP，便切換MUX/Configuration Switch，讓Type-C USB3.1信號腳改為傳輸PCIe信號。同樣的，PCIe使用RX/TX2和SBU1,SUB2來傳輸數(shù)據(jù)，RX/TX1傳輸USB數(shù)據(jù)。

這樣的好處就是一個接口同時使用兩種設(shè)備，當(dāng)然了，轉(zhuǎn)換線就可以做到，不用任何芯片。

總結(jié)

USB Type-C終結(jié)了長期以來USB插來插去的缺陷，節(jié)省了人們大量的時間，換一次方向至少2s吧，按全球10億人每天插拔一次USB，50%概率插錯，共耗時277000多小時，約為31年，太恐怖了。