TYPE C接口定义.docx

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TYPEC接口定义

TYPE-C工作原理

一、Type-C简介以及历史

自1998年以来，USB发布至今，USB已经走过20个年头有余了。

在这20年间，USB-IF组织发布N种接口状态，包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等接口形态，由于各家产品的喜好不同，不同产品使用不同类型的插座，因此悲剧来了，我们也要常备N中不明用途的接口转接线材。

图1USB协议发布时间节点

而对于Type-C来说，看起来USB标准化组织也是意识到统一和标准化问题，在定义标准时，除了硬件接口定义上，还增加了一部分“个性化”特点。

分别是什么呢？

1.1定义了全新的接口形态

接口大小跟MicroUSB相近，约为8.3mmx2.5mm，支持正反插，同时也规范了对应的线材，接口定义如下（线材端只有一对USB2.0DATA）：

在插座定义上，定义了如下两种插座：

a）全功能的Type-C插座，可以用于支持USB2.0、USB3.1、等特性的平台和设备。

b）USB2.0Type-C插座，只可以用在支持USB2.0的平台和设备上。

在插头定义上，定义了如下三种插头：

a）全功能的Type-C插头，可以用于支持USB2.0、USB3.1、等特性的平台和设备。

b）USB2.0Type-C插头，只可以用在支持USB2.0的平台和设备上。

c）USBType-CPower-Only插头，用在那些只需要供电设备上（如充电器）。

在线缆定义上，定义了如下三种线缆：

a）两端都是全功能Type-C插头的全功能Type-C线缆。

b）两端都是USB2.0Type-C插头的USB2.0Type-C线缆。

c）只有一端是Type-C插头（全功能Type-C插头或者USB2.0Type-C插头）的线缆。

还定义了N种为了兼容旧设备的线缆：

a）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB3.1Type-A插头。

b）一种线缆，一端是USB2.0Type-C插头，另一端是USB2.0Type-A插头。

c）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB3.1Type-B插头。

d）一种线缆，一端是USB2.0Type-C插头，另一端是USB2.0Type-B插头。

e）一种线缆，一端是USB2.0Type-C插头，另一端是USB2.0Mini-B插头。

f）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB3.1Micro-B插头。

g）一种线缆，一端是USB2.0Type-C插头，另一端是USB2.0Micro-B插头。

h）一种适配器，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB3.1Type-A插座。

i）一种适配器，一端是USB2.0Type-C插头，另一端是USB2.0Micro-B插座。

以上这些线材，我们知道，Type-A接的是HOST，所以转接线中，CC引脚需要接上拉电阻。

Type-B接的是Device，因此CC引脚需要接下拉电阻。

其中，具备全功能的Type-C应该具备E-Marker功能，由于具备E-Marker，线缆能够被读到其带电流的能力、特性、线材ID等等。

E-Marker的供电电源来自于VCONN，如何知道线缆需要VCONN呢？

线缆会通过下拉的电阻Ra，Source检测到之后会提供VCONN。

1.2传输速率，供电效能

最大传输速度10Gb/s,即是USB3.1Gen2标准，也支持4LaneDP模式，传输高清图像，在供电部分，最大可以支持100W（20V/5A）

1.3“个性化”协商机制

由于端口一致，线材两端接口也一直，为了能够区分两端USB设备的角色（Host/Device），必须有一套协商机制，便于进行角色确认，这部分通过CC（ConfigurationChannel）管脚进行设置。

后面随着PD规范的面世，CC脚开始被用来做简单的半双工通信，用来完成POWER供给的协商

1.4强悍的一统天下的态势

由于Type-C的扩展功能（SBU1/SBU2），大部分配件诸如耳机、视频接口、Debug接口等等都可以实现兼容设计，成功逆袭以往所有的USB标准，成功上位！

二、Type-CPort的DataRole、PowerRole

2.1Type-C的DataRole

在USB2.0端口，USB根据数据传输的方向定义了HOST/Device/OTG三种角色，其中OTG即可作为HOST，也可作为Device，在Type-C中，也有类似的定义，只是名字有了些许修改。

如下所示：

（1）DFP（DownstreamFacingPort）：

下行端口，可以理解为Host或者是HUB，DFP提供VBUS、VCONN，可以接收数据。

在协议规范中DFP特指数据的下行传输，笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。

（2）UFP（UpstreamFacingPort）：

上行端口，可以理解为Device，UFP从VBUS中取电，并可提供数据。

典型设备是U盘，移动硬盘。

（3）DRP（DualRolePort）：

请注意DRP分为DRD（DualRoleData）/DRP（DualRolePower）

双角色端口，类似于以前的OTG，DRP既可以做DFP（Host），也可以做UFP（Device），也可以在DFP与UFP间动态切换。

典型的DRP设备是笔记本电脑。

设备刚连接时作为哪一种角色，由端口的PowerRole（参考后面的介绍）决定；后续也可以通过switch过程更改（如果支持USBPD协议的话）。

2.2Type-C的PowerRole

根据USBPORT的供电（或者受电）情况，USBType-C将port划分为Source、Sink等power角色

如下图显示常用设备的DataRole和PowerRole

PowerRole详细可以分为：

a）SourceOnly

b）默认Source，但是偶尔能够通过PDSWAP切换为SINK模式

c）SinkOnly

d）默认SINK，但是偶尔能够通过PDSWAP切换为Source模式

e）Source/SINK轮换

f）SourcingDevice（能供电的Device，显示器）

g）SinkingHost（吃电的Host，笔记本电脑）

三、Type-C的Data/PowerRole识别协商/AltMode

USBType-C的插座中有两个CC脚，以下的角色检测，都是通过CC脚进行的，但是对于插头、或者线缆正常只有一个CC引脚，两个端口连接在一起之后，只存在一个CC引脚连接，通过检测哪一个CC有连接，就可以判断连接的方向。

如果USB线缆中有需供电的器件，其中一个CC引脚将作为VCONN供电。

3.1CC引脚有如下作用：

a）检测USBType-C端口的插入，如Source接入到Sink

b）用于判断插入方向，翻转数据链路

c）在两个连接的Port之间，建立对应的DataRole

d）配置VBUS，通过下拉电阻判断规格，在PD协商中使用，为半双工模式

e）配置VCONN

f）检测还有配置其他可选的配置模式，如耳机或者其他模式

3.2连接方向、DataRole、PowerRole角色检测

3.2.1SourceSinkConnection

如图所示，Source端CC引脚为上拉，Sink端CC引脚为下拉。

握手过程为接入后检测到有效连接（即一端为Host一端为Device），随后检测线材供电能力，再进行USB枚举。

如下图指示了Source端，在连接SINK之前，CC1和CC2的框图模型：

a）Source端使用一个MOSFET去控制电源，初始状态下，FET为关闭状态

b）Source端CC1/CC2均上拉至高电平，同时检测是否有Sink插入，当检测到有Rd下拉电阻时，说明Sink被检测到。

Rp的阻值表明Host能够提供的功率水平。

c）Source端根据Cable中哪一个CC引脚为Rd下拉，去翻转USB的数据链路，同时决定另外一个CC引脚为VCONN

d）在此之后，Source打开VBUS，同时VCONN供电

e）Source可以动态调整Rp的值，去表示给Sink的电流发送变化，告知SINK最大可以使用的电流

f）Source会持续检测Rd的存在，一旦连接断开，电源将会被关闭

g）如果Source支持高级功能（PD或者AlternateMode），将通过CC引脚进行通信

如下图指示了SINK端CC1和CC2框架：

a）SINK的两个CC引脚均通道Rd下拉到GND

b）SINK通过检测VBUS，来判断Source的连接与否

c）SINK通过CC引脚上拉的特性，来检测目前的USB通信链路（翻转）

d）SINK可选地去检测Rp的值，去判断Source可提供的电流。

同时管理自身的功耗，保证不超过Source提供的最大范围

e）同样的，如果支持高级功能，通过CC引脚进行通信。

如下图指示DRP的CC引脚在链接之前的架构：

a）当作为Source存在的时候，DRP使用MOSFET控制VBUS供电与否

b）DRP使用Switch去切换自身身份作为Source，或者是SINK

c）DRP存在一套机制，分三种情况，去决定自身是SINK或者是Source，去建立两者间彼此的角色。

情况1：

不使用PDSWAP，随机变成Source/SINK中的任意一个，CC脚波形为方波

情况2：

自身倾向于作为Source，执行Try.SRC，问对面能不能做SINK呀，我做Source

情况3：

与情况2相反，自身倾向作为SINK，执行Try.SNK，你做Source，我做小弟

当然还存在Source&Source，SINK&SINK这种搞基模式，唯一的结果就是一直停留在Unattached.SNK/Unattached.SRC，无法终成眷属。

3.3Type-C的其他模式

3.3.1DisplayPortAlternateMode

系统会通过USBPD协议中VDMs的信息通信（CC引脚通信），去告知支持DisplayPort模式。

在这个模式当中，USBSuperSpeed信号允许部分传输USB，部分传输DP信号。

3.3.2AudioAdapterAccessoryMode

如下图，为3.5mm音频输入口转Type-C端口，USB2.0链路被用来传输模拟音频信号，若带MIC，MIC信号则连接在SBU引脚上，在这个模式当中，电源可以提供到500mA电流。

Host端如何识别到音频模式呢？

把CC引脚和VCON连接，并且下拉电阻小于Ra/2（则小于400ohm），或者分别对地，下拉电阻小于Ra（小于800ohm），则Host会识别为音频模式。

3.3.3DebugAccessoryMode（DAM）

在DAM下，连接软体和硬体提供可视化调试和控制的系统，使用较少。

四、如何进行数据链路的切换

4.1纯USB3.0

以TUSB546（DFP），TUSB564（UFP）为例子

前者的使用例子如笔记本电脑、后者的使用例子如Monitor

如下图，两端设备会根据插入方向，切换数据链路。

图X插入连接为CC1，因此TUSB564切换到TX1/RX1

图中插入连接为CC2，因此TUSB564切换到TX2/RX2，也就是根据CC引脚插入，识别插入方向

4.2USB3.1和2LANEofDisplayPort

切换原理如上，需要注意的是，DP信号是使用SBUx进行传输

4.3纯DP模式4lane

问题思考：

如何确定是DP4lane模式或者是DP2lane+USB3.0模式？

通过CC引脚，利用PD协议沟通，协商，PDControler发起请求，并得到回应