USB Type-C定义了CC pin,理解了CC pin的功能,大致上就等于理解了Type C。下面六个项目是Type C Spec所定义的CC pin功能。
DFP(Downstream Facing Port)为Host端
UFP(Upstream Facing Port)为device端。
在DFP的CC pin会有上拉电阻Rp
在UFP会有下拉电阻Rd
同的电阻组合可以用于以下几种设备角色的识别:
下拉电阻 (Rd):用于下游端口设备(如 UFP,通常是设备或从机设备)检测。插入主机时会检测到下拉电阻。上拉电阻 (Rp):用于上游端口设备(如 DFP,通常是主机)检测。插入设备时会检测到上拉电阻。电缆存在电阻 (Ra):用于标记电缆是否存在,用于 USB Type-C 插入方向的检测(仅适用于有源电缆)。
在考虑上拉电阻、下拉电阻配置组合时,主要分为三种典型的情况:DFP (主机):使用上拉电阻(Rp)配置到 VBUS。Rp 可以是不同的阻值,用于表示不同的电源电流能力(默认、1.5A 或 3.0A)。UFP (设备):使用下拉电阻(Rd)配置到地。电缆:有时电缆内也可能包含特定的电阻配置,例如 Ra,用于插入检测。
[/ol]对于每个引脚(CC1 和 CC2),都有 3 种选择(Rp、Rd 或开路),因此总的组合数为:
3×3=9 种组合{ 种组合}
CC1: Rp, CC2: Rp
状态:两个引脚都连接上拉电阻(Rp)。用途:主机模式(DFP),表示这是一个主机设备,并且可以支持较高的功率输出。
CC1: Rp, CC2: Rd
状态:CC1 连接上拉电阻(Rp),CC2 连接下拉电阻(Rd)。用途:主机(DFP)连接到设备(UFP),通常表示主机正在为设备供电。
CC1: Rp, CC2: Open
状态:CC1 连接上拉电阻(Rp),CC2 开路。用途:用于简单的主机连接情况,表示主机可以供电,但没有设备连接。
CC1: Rd, CC2: Rp
状态:CC1 连接下拉电阻(Rd),CC2 连接上拉电阻(Rp)。用途:从机(UFP)连接到主机(DFP),设备识别为连接到主机并接受供电。
CC1: Rd, CC2: Rd
状态:两个引脚都连接下拉电阻(Rd)。用途:两个设备都是从机,通常在没有供电的情况下连接。
CC1: Rd, CC2: Open
状态:CC1 连接下拉电阻(Rd),CC2 开路。用途:设备处于待机状态,未连接到任何主机。
CC1: Open, CC2: Rp
状态:CC1 开路,CC2 连接上拉电阻(Rp)。用途:表示一个连接到电源的设备,但没有检测到主机。
CC1: Open, CC2: Rd
状态:CC1 开路,CC2 连接下拉电阻(Rd)。用途:设备处于未连接状态,但可以接收从下游设备的检测信号。
CC1: Open, CC2: Open
状态:两个引脚都开路。用途:表示没有设备连接,或处于无电源的状态。
举例:
U盘(USB存储设备) 连接到 USB Type-C 主机 时,它使用的是 设备模式(UFP,Upstream Facing Port),这意味着 U盘是一个下游设备,需要从主机获取电力和数据通道。这种情况下,U盘的 CC1 和 CC2 引脚会使用 下拉电阻(Rd) 连接到地,以告知主机它是一个需要供电的设备。
CC1: Rd(5.1kΩ 下拉电阻):U盘的 CC1 引脚连接到下拉电阻(Rd),告诉主机它是一个 设备(UFP),需要从主机获取电力。CC2: Open(或 Rd):U盘的 CC2 引脚可以保持开路,或同样连接到下拉电阻(Rd),因为只需要一个 CC 引脚来确定供电方向和角色。设备通过 CC 引脚检测主机的供电能力,并确定电流供给的档次(500mA、1.5A 或 3.0A,具体取决于主机的 Rp 设置)。在识别到 U盘是一个需要供电的设备后,主机会通过 VBUS 为 U盘供电(通常为 5V),并同时建立 USB 数据传输通道,进行数据通信。
CC1 和 CC2 都连接下拉电阻(Rd,音频附件通常使用 56kΩ)。这就是音频设备(如耳机适配器)的典型识别方式,符合 USB Type-C 规范中的音频附件模式。
当 USB Type-C 主机检测到CC1 和 CC2 上连接 下拉电阻(Ra)时,会识别该设备为 音频设备,然后开启 音频模式。
在音频模式下,不需要通过 VBUS 供电,音频设备通过 USB Type-C 的 SBU1 和 SBU2 引脚传输模拟音频信号,而不是标准的数据传输。
USB Type-C 通过 CC1 和 CC2 的电阻配置来识别设备的方式在某种程度上存在局限性,尤其在未来设备类型扩展时可能会遇到以下问题和挑战。
尽管存在这些局限,USB Type-C 规范已经提出了一些增强和扩展方案来解决这些问题,确保设备扩展性。USB Power Delivery (USB PD) 协议:
USB PD 是 USB Type-C 生态系统的一个扩展协议,支持设备进行更复杂的功能协商。通过 USB PD,设备可以交换更多信息(如电源需求、设备功能等)。关注公众号大国物联网,下次讲讲PD协议。当设备插入时,主机首先通过 CC1 和 CC2 检测基础角色(如主机或设备),随后通过 USB PD 通信 确定更复杂的功能或角色。这样,未来设备类型可以通过 PD 协议进行扩展,而不仅仅依赖 CC 引脚的电阻配置。
Alternate Mode(备用模式):
Alternate Mode 允许 USB Type-C 接口传输其他类型的信号(如 DisplayPort、HDMI、Thunderbolt 等)。主机和设备可以通过 CC 引脚上的电阻识别是否支持 Alternate Mode,然后通过协议进行更深层次的协商。这提供了一种灵活机制,可以在未来扩展其他功能和设备类型。
电子标识电缆 (eMarker):
为了支持更多种类的设备,USB Type-C 还引入了 电子标识电缆(eMarker)。这种电缆内部集成了芯片,可以传递更多关于电缆或设备的详细信息,如电缆类型、功率能力、数据速率等。它弥补了仅依靠电阻识别方式的不足。
设备内置通信协议:
一些复杂设备通过 内置通信协议(例如 USB PD 或设备自带的特定协议)来提供更详细的功能协商。例如,某些扩展坞、显示设备或高端外设在使用 Type-C 接口时,插入后会通过专用协议与主机进行通信,确定具体的功能和支持的能力。
[/ol]CC1,CC2还可以配置不同的供电能力
未连接之前,DFP的VBUS是没有输出的。当DFP与UFP连接后,CC pin相接,DFP的CC pin侦测到UFP pulldown Rd,表示接到Device,DFP便打开VBUS的FET开关,输出VBUS电源给UFP。
USB Type-C 支持三种基本电流供电能力:默认 USB 功率(500mA/900mA):用于传统 USB 2.0 和 USB 3.0 供电。1.5A @ 5V:中等功率供电。3.0A @ 5V:高功率供电,通常用于快充等高功耗场景。
[/ol]Rp 阻值对应的电流能力如下:
CC1用來偵測正插,CC2用來偵測反插。
当主机(DFP)连接到设备(UFP)时:主机 在 CC1 和 CC2 上连接 上拉电阻(Rp),上拉到 VBUS(5V)。设备 在 CC1 和 CC2 上连接 下拉电阻(Rd),通常下拉到 GND(地)。
[/ol]因此,形成分压电路,并根据电阻的比值计算出电压值。
VBUS:通常是 5V(在默认模式下)。Rp:主机的上拉电阻,取决于主机希望告知的电流能力(10kΩ、22kΩ 或 56kΩ)。Rd:设备的下拉电阻,通常为 5.1kΩ。
如果 CC 引脚电压 小于 1V,则主机提供 默认 USB 电流(500mA 或 900mA)。如果 CC 引脚电压在 1V 到 2V 之间,则主机可以提供 1.5A 的电流。如果 CC 引脚电压接近 1.6V 到 2.5V,则主机可以提供 3.0A 的电流。
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