【硬件介绍】Type-C接口详解

一、Type-C接口概述

  1. Type-C接口特点：以其独特的扁头设计和无需区分正反两面的便捷性而广受欢迎。这种设计大大提高了用户的使用体验，避免了传统USB接口需要多次尝试才能正确插入的问题。
  2. Type-C接口内部结构：内部上下两排引脚的设计虽然可能不对称，但这种布局巧妙地实现了接口的正反插功能，使得Type-C接口在物理连接上更为灵活和耐用。

在USB Type-C的生态系统中，DFP（Downstream Facing Port）和UFP（Upstream Facing Port）是两个重要的角色，它们定义了设备在USB Type-C连接中的供电和数据传输方向。

1、DFP（Downstream Facing Port）

  1. 定义：DFP是指供电方向朝向另一设备的USB端口，通常是一个电源提供者。
  2. 功能：
    • 提供电源：DFP可以提供电源给连接的设备，如充电器、电脑的USB端口等。
    • 数据传输：DFP可以发送和接收数据，但通常在供电角色中，它更多的是作为数据的主导者。
  3. 例子：
    • 壁式充电器
    • 电脑的USB Type-C端口
    • USB Type-C扩展坞的供电端口

2、UFP（Upstream Facing Port）

  1. 定义：UFP是指供电方向从另一设备接收电源的USB端口，通常是一个电源消费者。
  2. 功能：
    • 接收电源：UFP从DFP接收电源，用于给自身设备充电或供电。
    • 数据传输：UFP也可以发送和接收数据，但通常在接收电源的角色中，它更多的是作为数据的从属者。
  3. 例子：
    • 智能手机
    • 平板电脑
    • USB Type-C外接硬盘

3、USB Type-C连接中的角色分配

在一个USB Type-C连接中，设备可以通过以下方式进行角色分配：

  • 角色协商：当两个设备通过Type-C电缆连接时，它们会通过CC引脚进行角色协商。DFP和UFP的角色不是固定的，设备可以根据需要和协商结果切换角色。
  • 双角色端口（DRP）：一些设备具有双角色端口，这意味着它们可以同时充当DFP和UFP。例如，笔记本电脑的USB Type-C端口可以在连接充电器时作为UFP接收电源，而在连接智能手机时作为DFP提供电源。

二、Type-C接口与USB的关系

  1. Type-C全名：USB Type-C，是USB（通用串行总线）接口标准的一部分，继承并扩展了USB技术的诸多特性。
  2. USB Type-A简介：作为最常见的USB接口类型，USB Type-A拥有四个引脚，采用USB2.0协议，提供了最高480MBit/s的传输速率，广泛应用于各种电子设备。

三、USB Type-C引脚功能详细说明

Type-C插座

Type-C插头

主要引脚功能包括：

GND（地线）和VBUS（电压总线）

提供电源连接，VBUS通常为5V，是USB接口的电源正极。

D+和D-

这两根线用于兼容USB2.0协议，通过差分信号传输数据，具有较好的抗干扰能力。

TX+、TX-、RX+、RX-

这四根线用于兼容USB3.0协议，实现更高的数据传输速率，最高可达10Gbit/s，支持全双工通信。

SBU（辅助信号线）

用于传输附加功能信号，如音频或视频信号。

  • 音频传输：

        当Type-C设备处于ALT MODE模式，进行DP信号传输时，SBU引脚可作为音频传输通道，将音频信号从设备传输到外部的音频设备，如耳机、扬声器等。

  • 麦克风信号传输：

        在进入TYPE-C模拟音频耳机附件模式时，SBU引脚可作为麦克风信号传输通道，将麦克风采集到的音频信号传输到设备中进行处理。

  • 数据传输：

        SBU2是数字信号的传输通道，主要用于传输数据和控制信号，其传输速度可以达到1.5Mbps，可用于传输数字音频、控制信号以及扩展的USB功能，如USB PD（快速充电协议）和DP（显示器端口），还能实现USB Alt Mode（可选模式）功能，使Type-C接口实现多种信号传输，扩展了其适用范围。

CC（配置通道）

用于识别插入方向和协商供电协议，是Type-C接口能够智能识别插入方向的关键。一般数据线中只有一根导线连接到了CC脚，因此通过判断哪根CC线上有下拉电阻来判断方向

插入状态CC1状态CC2状态描述
正常插入连接开路当Type-C公头正常插入母头时，CC1与电缆连接，CC2开路。
反向插入开路连接当Type-C公头反向插入母头时，CC1开路，CC2与电缆连接。
未插入开路开路当Type-C公头未插入母头时，CC1和CC2都是开路状态。
CC脚下拉电阻

CC脚需要下拉电阻，用于设备识别。如图所示：

 下拉电阻阻值与功能对应表：
下拉电阻阻值 (kΩ)功能描述
5.1USB 2.0 设备或电缆（默认）
10.1USB 3.1 或更高版本的设备或电缆
56下行端口（DFP，例如，充电器或电脑的USB端口）
22.7上行端口（UFP，例如，智能手机或平板电脑）
44.2双角色端口（DRP，即可以作为供电端或接收端）
75被动电缆（不支持数据传输，仅供电）
0 (开路)不确定角色，通常用于检测电缆的插入方向

四、Type-C接口种类

根据不同场景需求，Type-C有着各种版本与删减版本。

完整的Type-C是24个引脚，但由于其成本相对较高、工艺困难，因此Type-C还有各种减配版。

Type-C母座常见种类及实物图
直插（立式）弯插贴片沉板

2脚

4脚
6脚
12脚（16脚）
24脚（完整）
Type-C常见引脚定义对照表
引脚定义

2脚
  1. GND (地)（B12）: 两个地引脚，用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)（A9）: 两个电源引脚，用于传输直流电源。
4脚
  1. GND (地)（A12、B12）: 通常有两个地引脚，用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)（A9、B9）: 通常有两个电源引脚，用于传输直流电源。
6脚
  1. GND (地)（A12、B12）: 通常有两个地引脚，用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)（A9、B9）: 通常有两个电源引脚，用于传输直流电源。
  3. CC (A5、B5): 通信通道引脚，用于电缆插入方向检测、电源角色分配和配置管理。
12脚（16脚）
  1. GND (地)（A1、B1、A12、B12）: 通常有两个地引脚，用于电路的参考点。
  2. VBUS (电源)（A9、B9、A4、B4）: 通常有两个电源引脚，用于传输直流电源。
  3. CC (A5、B5): 通信通道引脚，用于电缆插入方向检测、电源角色分配和配置管理。

  4. DP（Data Positive）（A6、B6）：用于传输差分信号的正部分。

  5. DN（Data Negative）（A7、B7）：用于传输差分信号的负部分。
  6. SBUS（Serial Bus）（A8、B8）：用于传输附加功能信号，如音频或视频信号
24脚（完整）

  1. GND (Ground)（A1、B1、A12、B12）：接地引脚，用于电路的参考点。Type-C接口有多个GND引脚。

  2. TX1+（A2） 和 TX1-（A3）：这是第一对差分信号线，用于传输高速数据。

  3. TX2+（B2） 和 TX2-（B3）：这是第二对差分信号线，也用于传输高速数据。

  4. VBUS (Voltage Bus)（A4、B4、A9、B9）：供电引脚，提供电源给连接的设备。在主机设备上，VBUS提供电源；在设备上，VBUS接收电源。

  5. CC (Configuration Channel)（A5、B5）：配置通道引脚，用于检测电缆插入方向、设备角色（主机或设备）、以及电缆类型（例如，是否支持USB 3.1或更高版本）。

  6. SBUS (Serial Bus)（A8、B8）：侧带使用引脚，用于辅助信号，可能用于特殊功能或附件模式。

  7. RX1+（B11） 和 RX1-（B10）：这是第一对差分信号线，用于接收高速数据。

  8. RX2+（A11） 和 RX2-（A10）：这是第二对差分信号线，也用于接收高速数据。

五、Type-C接口的硬件简化实例

  1. Type-C接口的硬件设计可能会根据用途的不同而有所简化，这体现在引脚数量的减少和功能的裁剪上。
  2. 公头和母头的简化设计：
    • DP和DN分别代表D+和D-，用于数据传输。
    • CC1和CC2通过接入5.1k下拉电阻来识别插入方向。
    • VBUS通常作为5V供电使用，而SBU等非必需引脚可以根据需要进行省略。
  3. 这种硬件简化不仅有助于降低生产成本，还能使接口更加紧凑，适应更多样化的设备设计需求。

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