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1、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1 USB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Micro USB相近，约
2、为8.3mm x 2.5mm，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USB2.0 DATA）：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）USB 2.0 Type-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）USB 2.0 Type-C插头，只可以用在支持USB2.0的平台和设备上。c）USB Type-C Power-Only插头，用在那些只需要供电设
3、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USB 2.0 Type-C插头的USB 2.0 Type-C线缆。c）只有一端是Type-C插头（全功能Type-C插头或者USB 2.0 Type-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USB 3.1 Type-A插头。b）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Type-A插头。c）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB 3.1 Type-B插头。d
4、）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Type-B插头。e）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Mini-B插头。f）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB 3.1 Micro-B插头。g）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Micro-B插头。h）一种适配器，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB 3.1 Type-A插座。i）一种适配器，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Micro-B插座。以上这些线材，我们知道，Type
5、-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USB 3.1 Gen2标准，也支持4 Lane DP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
6、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(Configuration Channel)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-C Port的Data Role、Power Role2.1 Type-C的 Data Role在USB2.0
7、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(Downstream Facing Port)：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（Upstream Facing Port）：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（Du
8、al Role Port）：请注意DRP分为DRD(Dual Role Data)/DRP(Dual Role Power)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Power Role（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USB PD协议的话）。2.2 Type-C的Power Role根据USB PORT的供电（或者受电）情况，USB Type-C将port划分为Source、Sink等power角色如下图
9、显示常用设备的Data Role和Power RolePower Role 详细可以分为：a）Source Onlyb）默认Source，但是偶尔能够通过PD SWAP切换为SINK模式c）Sink Onlyd）默认SINK，但是偶尔能够通过PD SWAP切换为Source模式e）Source/SINK 轮换f）Sourcing Device （能供电的Device，显示器）g）Sinking Host（吃电的Host，笔记本电脑）三、Type-C的Data/Power Role识别协商/Alt ModeUSB Type-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
10、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。3.1 CC引脚有如下作用：a）检测USB Type-C端口的插入，如Source接入到Sinkb）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Data Roled）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VCONNf）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、Data Role、Power Role角色检测3.
11、2.1 SourceSink Connection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
12、拉，去翻转USB的数据链路，同时决定另外一个CC引脚为VCONNd）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Alternate Mode），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GNDb）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
13、）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SINKc）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PD SWAP，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T
14、ry.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。3.3 Type-C的其他模式3.3.1 Display Port Alternate Mode系统会通过USB PD协议中VDMs的信息通信（CC引脚通信），去告知支持Display Port模式。在这个模式当中，USB SuperSpeed 信号允许部分传输USB，部分传输DP信号
15、。3.3.2 Audio Adapter Accessory Mode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。3.3.3 Debug Accessory Mode （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
16、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4.2 USB3.1和2 LANE of DisplayPort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 4 lane问题思考：如何确定是DP 4 lane模式或者是DP 2 lane+USB3.0 模式？通过CC引脚，利用PD协议沟通，协商，PD Controler 发起请求，并得到回应12互联网络