Wie ist die Pin-Definition der Typ-C-Schnittstelle

Die neueste Schnittstellenspezifikation, die nach Typ B eingeführt wurde. Anders als die herkömmliche USB-Schnittstelle verwendet Typ C ein symmetrisches Design, bei dem die Richtung des Steckers nicht unterschieden werden muss, wodurch das mühsame Einstecken in die richtige und falsche Richtung vermieden wird. Darüber hinaus unterstützt USB Typ C das USB PD-Protokoll (Power Delivery), das die Ladeleistung von den herkömmlichen maximal 7,5 W (5 V 1,5 A) auf maximal 100 W (20 V 5 A) erhöht. Die neueste USB PD3.1-Spezifikation verbessert die Ladeleistung von Typ C weiter und bietet eine maximale Leistung von bis zu 240 W (28 V 5 A).

Bei herkömmlichen USB-Geräten vom Typ A oder Typ B sind die Stromversorgungsschnittstelle (Quelle) und die Stromempfangsschnittstelle (Senke) bereits in der Schnittstellendefinition standardisiert, sodass Sie sich keine Sorgen über umgekehrte oder falsche Verbindungen machen müssen. Bei Geräten mit Typ-C-Schnittstellen gibt es keine solchen Unterschiede, sodass Benutzer den Schnittstellentyp nicht kennen können. Der Typ-C-Controller muss ihn daher selbst vervollständigen. Wie erkennen sich also Typ-C-Schnittstellen gegenseitig und stellen die richtige Stromversorgungslogik bereit?

Pin-Belegung der Type-C-Schnittstelle

Die Typ-C-Schnittstelle ist in Buchse (Buchse) und Stecker (Stecker) unterteilt. Es gibt insgesamt 24 Typ-C-Pins und die Definitionen der einzelnen Pins lauten wie folgt:

1. VBUS: Insgesamt vier Kanäle, BUS-Spannungsstifte für die Stromversorgung zwischen Geräten, unabhängig davon, ob sie vorwärts oder rückwärts eingesteckt werden, diese vier Stifte sorgen für die Stromversorgung

2. GND: Insgesamt vier Kanäle, Stromversorgungskreise zwischen Geräten, unabhängig davon, ob sie vorwärts oder rückwärts eingesetzt werden, diese vier Pins versorgen die Stromversorgungskreise

3. TX+/TX- und RX+/RX-: Insgesamt vier Paare für USB3.0 Hochgeschwindigkeitssignale

4. D+/D-: Insgesamt zwei Paare für USB2.0-Signale. An der Buchse werden diese beiden Paare zu einem Paar kurzgeschlossen

5. CC/VCONN: Der CC-Pin ist ein Konfigurationspin, der zur Erkennung der Geräteverbindung und der Vorwärts- und Rückwärtssteckrichtung verwendet wird, und ist auch die Leitung für die USB-PD-Kommunikation; VCONN ist ein Pin, der schräg symmetrisch zum CC-Pin ist. Wenn ein Pin als CC bestätigt wird, wird der andere als VCONN definiert, der zur Stromversorgung des eMark-Kabels verwendet wird

6. SBU1/SBU2: Multiplex-Pins, beispielsweise zur Bereitstellung zusätzlicher SBTX und SBRX für USB4

Der Buchsenstecker hat 24 Pins mit schräger Symmetrie an den oberen und unteren Pins, um den Vorwärts- und Rückwärtssteckanforderungen des Benutzers gerecht zu werden; der Stecker hat 22 Pins. Da es in der USB2.0-Spezifikation nur ein Paar D+/D- gibt, wird im Stecker nur ein Paar D+/D- Pins beibehalten.

Natürlich reduzieren Ingenieure beim tatsächlichen Produktdesign die Anzahl der Pins entsprechend der Produktdefinition, um Kosten zu sparen. Beispielsweise erfordern Produkte, die nur zum Laden dienen, wie etwa Netzteile, keine Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation von USB3.0, sodass nur die Pins CC, VBUS, GND und D+/D- beibehalten werden.

In Bezug auf die Stromversorgung können Typ-C-Geräte in drei Kategorien unterteilt werden

1. Typ-C-Geräte, die nur als Stromversorgung (Quelle) verwendet werden können, wie etwa Typ-C-Ladegeräte usw.

2. Typ-C-Geräte, die nur als Stromempfänger (Senke) verwendet werden können, wie etwa Typ-C-Mobiltelefone usw.

3. Typ-C-Geräte (DRP, Dual RolePort), die sowohl als Stromversorgung (Quelle) als auch als Stromempfänger (Senke) verwendet werden können, wie z. B. Typ-C-Notebooks, Zwei-Wege-Powerbanks usw.

Wenn zwei Typ-C-Geräte über C2C-Kabel miteinander verbunden werden, müssen natürlich beide Parteien wissen, zu welchem ​​Gerätetyp das andere Gerät gehört. Andernfalls kommt es zu einem unbefriedigenden Ladevorgang (z. B. Rückwärtsladen) oder gar keinem Ladevorgang und es können sogar Sicherheitsprobleme auftreten.

Wenn ein Benutzer beispielsweise ein Ladegerät (Quelle) verwendet, um eine bidirektionale Powerbank (DRP) vom Typ C aufzuladen, sollte die Powerbank im Idealfall als Senke „dienen“. Aufgrund einer falschen Gerätetypidentifikation kann die Powerbank jedoch als Quelle „dienen“ und einen „Stromrückfluss“ verursachen, wodurch beide Geräte beschädigt werden.

Die Type-C-Schnittstellenspezifikation unterscheidet zwischen Quelle, Senke und DRP durch eine Reihe von „Pull-up“- und „Pull-down“-Mechanismen am CC-Pin. Für Quellgeräte muss der CC-Pin mit einem Pull-up-Widerstand Rp konfiguriert werden; für Senkengeräte muss der CC-Pin mit einem Pull-down-Widerstand Rd konfiguriert werden; und für DRP-Geräte werden Pull-up und Pull-down abwechselnd durch Schaltschalter umgeschaltet.

Die Quelle bestimmt, ob ein Gerät angeschlossen ist, indem sie den CC-Pin am Rp-Ende erkennt, und die Senke bestimmt die Richtung des Vorwärts- und Rückwärtseinsteckens, indem sie den CC-Pin am Rd-Ende erkennt.

Der Pulldown-Widerstand Rd=5.1k und der Pullup-Widerstand Rp werden entsprechend der Stromversorgungskapazität und der Pullup-Spannung eingestellt. Die Stromversorgungskapazität von USB Typ C ist wie folgt:

1. Standardmäßige USB-Stromversorgungskapazität (Standard-USB-Stromversorgung). USB2.0-Schnittstelle ist 500 mA; USB3.2-Schnittstelle ist 900 mA und 1500 mA

2. BC1.2 (BatteryCharge 1.2) Protokoll. Unterstützt eine maximale Leistung von 7,5 W, also 5 V 1,5 A

3. USB Type-C Strom 1,5 A, unterstützt eine maximale Leistung von 7,5 W, also 5 V 1,5 A

4. USB Type-C Strom 3A, unterstützt eine maximale Leistung von 15W, also 5V3A

5. USB PD (USB Power Delivery)-Protokoll, unterstützt eine maximale Leistung von 100 W, also 20 V 5 A

Die Prioritäten dieser fünf Stromversorgungsfunktionen steigen der Reihe nach an, und auch die Stromversorgungsleistung steigt allmählich an. Die Stromversorgungsfunktion mit hoher Priorität überschreibt die Stromversorgungsfunktion mit niedriger Priorität. Darunter können Standard-USB-Strom, USB-Typ-C-Strom 1,5 A und USB-Typ-C-Strom 3 A durch Konfigurieren des Rp-Werts eingestellt werden.

Wenn die beiden Geräte verbunden sind, ermittelt die Senke die Stromversorgungsfähigkeit der Quelle durch Erkennen des Spannungsteilerwerts vRd von Rp und Rd. Nachfolgend ist die entsprechende Beziehung zwischen dem Rp-Wert, dem vRd-Spannungsbereich und der Stromversorgungsfähigkeit der Quelle aufgeführt.

Gleichzeitig wurde der andere CC des Geräts schweben gelassen oder von Ra=1k heruntergezogen. Wenn Ra heruntergezogen wird, bedeutet dies, dass das USB-C-Kabel über einen integrierten eMarker-Chip verfügt und die Quelle den Pin auf VCONN umschalten muss, um das Kabel mit Strom zu versorgen.

Bisher haben wir erklärt, dass die Geräte „Pull-Up“ oder „Pull-Down“ verwenden oder abwechselnd zwischen beiden umschalten, um Quelle, Senke und DRP zu bestimmen und die Stromversorgungskapazität der Quelle durch den Rp-Widerstandswert und den vRd-Spannungswert einzustellen und zu bestimmen. Doch wie wird dieser Prozess umgesetzt? Wie vermeidet Typ C Rückladung oder falsches Laden?