Průvodce výstupem USB-C: Které piny ovládají …

Znáte konektor USB typu C? Tento článek představuje anatomii konektoru USB typu C a stručně se zabývá jeho různými režimy.

USB Type-C je specifikace systému připojení USB, který si získal popularitu mezi smartphony a mobilními zařízeními a je schopen napájet a přenášet data.

Na rozdíl od svých předchůdců USB jej lze také změnit, takže se nemusíte připojovat třikrát.

Port USB typu C. Obrázek s laskavým svolením Denys Vitali.

Tento úvodní článek pojednává o nejdůležitějších vlastnostech standardu USB-C. Než se ponoříme do Pinoutu a vysvětlíme, co každý z nich dokáže, pojďme se rychle podívat, co je USB-C a které je lepší.

Co je USB-C?

USB-C je relativně nový standard zaměřený na poskytování vysokorychlostního přenosu dat až 10 Gb / s a ​​také kapacity přenosu energie až 100 W. Díky těmto vlastnostem může být USB-C skutečně univerzálním standardem připojení pro moderní zařízení.

USB-C nebo USB Type-C?

Tyto dva výrazy se často používají zaměnitelně (oba je budeme v tomto článku používat). Ačkoli se USB-C používá běžněji, USB Type-C je oficiální název standardu, jak je uveden na USB.org.

Funkce USB-C

Rozhraní USB-C má tři hlavní funkce:

• Má otočný konektor. Rozhraní je navrženo tak, aby bylo možné zástrčku otočit podle zásuvky.
• Podporuje USB 2.0, USB 3.0 a USB 3.1 Gen 2. Může také podporovat protokoly třetích stran, jako jsou DisplayPort a HDMI, v provozním režimu nazvaném Alternativní režim.
• Umožňuje zařízením určit a vybrat vhodnou úroveň toku energie přes rozhraní.

V následujících částech uvidíme, jak tyto funkce poskytuje standard USB typu C.

USB Type-C konektor / plug piny

Konektor USB typu C má 24 pinů. Obrázky 1 a 2 ukazují kolíky soketů a zástrčku USB Type-C.

Obrázek 1. Slot USB typu C. Obrázek s laskavým svolením mikročipu.

Obrázek 2. Konektor USB typu C. Obrázek s laskavým svolením mikročipu.

Diferenční páry USB 2.0

Pin D + a D jsou diferenciální páry používané pro připojení USB 2.0. Na patici jsou dva piny D + a dva piny D.

Kolíky jsou však vzájemně propojeny a existuje pouze jedno diferenciální USB 2.0, které lze skutečně použít. Redundance je zahrnuta pouze jako reverzibilní konektor.

Napájecí a uzemňovací kolíky

Kolíky VBUS a GND jsou napájecí a zpětné cesty pro signály. Výchozí napětí VBUS je 5V, ale standard umožňuje zařízením specifikovat a vybrat jiné napětí VBUS než výchozí. Distribuce energie umožňuje, aby VBUS měl napětí až 20 V. Maximální proud lze také zvýšit až na 5 A. Proto USB Type-C může poskytovat maximálně 100 W.

Vysoký tok energie může být užitečný při nabíjení velkého zařízení, například notebooku. Obrázek 3 ukazuje příklad od společnosti RICHTEK používající převodník Buck-boost ke generování příslušného napětí požadovaného notebookem.

Obrázek 3. Obrázek s laskavým svolením Richteka.

Pamatujte, že díky technologii dodávání energie je USB Type-C univerzálnější než předchozí standardy, protože umožňuje přizpůsobení úrovně výkonu potřebám zátěže. Smartphone i notebook můžete nabíjet pomocí stejného kabelu.

Piny RX a TX

Existují dvě sady diferenciálních párů RX a dvě sady diferenciálních párů TX.

Jeden z těchto dvou párů RX a jeden pár TX lze použít pro protokol USB 3.0 / USB 3.1. Vzhledem k tomu, že je konektor sklopný, je k přesnému přesměrování dat na diferenciálních párech použitých podél kabelu nutný multiplexor.

Upozorňujeme, že port USB Type-C podporuje standardy USB 3.0 / 3.1, ale minimální sada funkcí USB Type-C nezahrnuje USB 3.0 / 3.1. V takových případech nejsou páry RX / TX používány připojením USB 3.0 / 3.1 a mohou být použity jinými funkcemi USB typu C, jako je alternativní režim a protokol USB Power Delivery. Tyto funkce mohou dokonce použít všechny dostupné diferenciální páry RX / TX.

Kolíky CC1 a CC2

Tyto piny jsou piny konfigurace kanálu. Provádějí řadu funkcí, jako je kabelové připojení a detekce tahu, detekce orientace zástrčky / zásuvky a aktuální reklama. Tyto piny lze také použít pro distribuci energie a komunikaci požadovanou pro alternativní režim.

Obrázek 4 níže ukazuje, jak kolíky CC1 a CC2 ukazují směr zásuvky / zástrčky. Jako takový označuje DFP Downstream Mutual Port, což je port, který funguje jako hostitel nebo zdroj energie pro přenos dat. UFP označuje Upstream Port, což je zařízení připojené k hostitelskému počítači nebo spotřebiteli napájení.

Obrázek 4. Obrázek s laskavým svolením mikročipu.

DFP táhne piny CC1 a CC2 nahoru z Rp rezistorů, ale UFP je tlačí dolů skrz Rd. Pokud není připojen žádný kabel, zdroj vidí logiku vysoko na pinech CC1 a CC2. Připojením kabelu USB typu C vytvoříte proudovou cestu ze zdroje 5V k zemi. Protože uvnitř kabelu USB typu C je pouze jeden kabel DC, je vytvořena pouze jedna proudová cesta. Například v horním grafu na obrázku 4 je kolík CC1 na DFP připojen k kolíku CC1 na UFP. Proto bude mít kolík DFP CC1 napětí nižší než 5 V, ale kolík DFP CC2 bude stále v logické výšce. Proto můžeme určit připojení a směr kabelu sledováním napětí na pinech DFP CC1 a CC2.

Kromě orientace kabelu se cesta Rp-Rd používá jako způsob komunikace informací o aktuálních schopnostech zdroje. Za tímto účelem monitoruje spotřebič energie (UFP) napětí ve stejnosměrném vedení. Když je napětí na stejnosměrném vedení na nejnižší hodnotě (asi 0,41 V), zdroj může poskytnout výchozí USB napájení 500 mA a 900 mA pro USB 2.0, respektive USB 3.0. Když je stejnosměrné síťové napětí přibližně 0,92 V, může zdroj poskytovat proud 1,5 A. Nejvyšší napětí stejnosměrného vedení, přibližně 1,68 V, odpovídá aktuální kapacitě zdroje. 3 A.

Pin VCONN

Jak již bylo zmíněno výše, cílem USB Type-C je poskytovat extrémně vysoké rychlosti přenosu dat spolu s vysokou úrovní toku energie. Tyto funkce mohou vyžadovat použití speciálních kabelů, které jsou elektronicky označeny pomocí čipu uvnitř. Některé aktivní kabely také mohou zesílit signál a vytvořit kabel atd. Využívá čip re-drive ke kompenzaci ztrát, které způsobuje. V těchto případech můžeme napájet obvody uvnitř kabelu pomocí napájení 5V, 1W na kolík VCONN. To je znázorněno na obrázku 5.

Obrázek 5. Obrázek s laskavým svolením mikročipu.

Jak vidíte, aktivní vodič používá rezistory Ra ke stlačení pinů CC2. Hodnota Ra se liší od Rd, takže DFP může stále určovat směr drátu zkoumáním napětí na pinech CC1 a CC2 na DFP. Po určení směru kabelu bude pin konfigurace kanálu odpovídající „aktivnímu vodiči IC“ připojen ke zdroji 5 V, 1 W, aby napájel obvody uvnitř vodiče. Například na obrázku 5 odpovídá aktuální cesta Rp-Rd pinu CC1. Pin CC2 se proto připojuje ke zdroji označenému VCONN.

Kolíky SBU1 a SBU2

Tyto dva piny odpovídají pouze signálním cestám nízké rychlosti používaným v alternativním režimu.

Nyní, když jsme obeznámeni s opravou standardu USB-C, pojďme se krátce podívat na USB napájení a alternativní režimy.

USB napájení

Jak již bylo zmíněno výše, zařízení používající standard USB typu C mohou určit a vybrat vhodnou úroveň toku energie přes rozhraní. Tyto rozhovory o napájení se provádějí prostřednictvím protokolu s názvem USB Power Delivery, což je jednovodičová komunikace přes dříve popsanou linku CC. Obrázek 6 níže ukazuje příklad distribuce energie USB, kde přijímač odesílá požadavky na zdroj a podle potřeby upravuje napětí VBUS. Nejprve je požadována 9V sběrnice. Když zdrojová sběrnice stabilizuje své napětí na 9 V, odešle zprávu „připraveno k napájení“ do jímky. Přijímač poté požádá o sběrnici 5V a zdroj ji poskytne a znovu odešle zprávu „připraven k zapnutí“.

Obr. Obrázek s laskavým svolením Richteka.

Je důležité si uvědomit, že „USB Power Delivery“ není jen o vyjednávání o distribuci energie, ale jiné konverzace, jako jsou ty, které se vztahují k alternativnímu režimu, se provádějí pomocí síťového protokolu. CC standardu.

Alternativní režimy

Tento provozní režim nám umožňuje implementovat protokoly třetích stran, jako jsou DisplayPort a HDMI, pomocí standardu USB typu C. Všechny alternativní režimy musí podporovat alespoň jedno připojení USB 2.0 a USB Power Delivery. Další informace najdete v tomto dokumentu TI.

výsledek

USB Type-C má zajímavé funkce. Podporuje neuvěřitelně rychlé přenosové rychlosti až 10 Gb / s a ​​vysoký tok energie až 100 W. Díky kombinaci reverzibilního konektoru může být USB Type-C skutečně univerzálním standardem pro moderní zařízení.

Na této stránce naleznete úplný seznam mých článků.