Type-C

一、Type-C

从USB TYPE-C 的Spec上截一个USB TYPE-C母座的pin脚图:

可以看出,母座上有24根信号,

其中电源和地占据了8根,用于提升电流传输能力,剩下16个:

(1)传输USB3数据的RXx和TXx;8个

(2)USB2.0数据信号D+,D-;4个

(3)SBU1,SBU2;2个

(4)CC1,CC2。 2个

其中SBU1,SBU2,CC1,CC2是传统的USB接口所没有的信号。

CC是USB TYPE-C接口的灵魂所在,承载了TYPE-C连接过程中的传输方向确认和正反插确认功能,以及USB PD BCM码信号传输功能,实现负载的功能配置。两根线CC线,当其中一根CC作为TYPE-C接口的配置信号时,另一个CC则作为电缆上EMARKER芯片的供电电源VCCON。剩下的SBU1和SBU2为辅助信号,在不同的应用场景具有不同的用途,例如在ALT MODE 模式下进行DP信号传输时,作为音频传输通道,在进入TYPE-C模拟音频耳机附件模式,则作为麦克风信号传输通道。

那么,被提及最多的正反插,究竟是怎么实现的呢?秘诀在于CC公头上。让我们来看CC公头的结构。

对比母座接线图,我们可以看出,公头只有一个CC,另外一个CC变成了VCONN。于是当公头插入母座的时候,公头上的CC可能跟母座上的CC1连在一起,也可能跟母座的CC2连接在一起,分别对应着正插和反插两种情况。母座上需要用一颗芯片来检测是CC1建立了连接,还是CC2建立了连接,从而控制设备内部的SWITCH,来正确的适配数据传输,或者是音视频传输的信号对应关系。

二、关于CC1、CC2

Channel Configuration,通道配置引脚。用于确定接口插入方向(正插反插),并用于协商接口上的供电功能、替代模式和外设模式。(通过区分DFP、UFP、DRP等,通过检测电平来配置相关功能)

探测连接,区分正反面,区分DFP和UFP,也就是主从。

配置Vbus,有USB Type-CUSB Power Delivery两种模式。

配置Vconn,当线缆里有芯片的时候,一个cc传输信号,一个cc变成供电Vconn。

配置其他模式,如接音频配件时,DP,PCIE时。

电源和地都有4个,这就是为什么可以支持到100W(USB PD?)的原因

(1)非USB传输

USB Type-C接口支持多种OEM产品定制模式,以扩展设备功能。图1展示了USB Type-C的引脚图。某些引脚可根据产品类型重新指派功能。当中黄色标注部分的引脚可通过全功能的USB Type-C线缆进行重新配置。不仅如此,橙色标注部分的引脚也可被重新配置用于直连应用(Direct Connect Application)。

信号的重新分配是通过CC通道上的协商实现。接口可进入两种模式,外设模式和替代模式

要进入外设模式, CC通道上将进行简单的逻辑检测以确定需要哪种外设模式。

要进入替代模式, CC通道上将使用双相符号编码(Biphase Mark Code, BMC)进行双向通信以正确地设置链路。在这个协商过程中,两端的设备均需要在进行任何改变之前对信号的重新分配协商一致。

所有的USB Type-C接口均被要求在非替代模式或非外设模式下能够作为兼容USB的接口使用。

三、外设模式

外设模式支持通过USB Type-C接口传输模拟音频或调试信号。在音频模式下,音频输出源设备(如手机或笔记本电脑)能够通过USB 2.0(D+/D-)引脚传输模拟音频信号(L/R),同时通过边带通道(SBU1或 SBU2)中的一条来接收来自外部音频源的麦克风信号。外设模式在不远的将来预计很有可能会支持数字音频。外设模式需要使用简单的直流电平电压比较器来检测链路要求哪种外设模式。该检测块将由音频源设备实现。一旦检测完毕,音频源设备需要使用支持音频信号的模拟开关,并在通过相同引脚传输音频时隔离USB 2.0信号,如图2展示。由于手机/笔记本电脑的外设模式不是强制规定,所以消费者需要详细阅读电子设备的资料以确定其是否支持通过USB Type-C接口传输音频

四、替代模式

替代模式是通过USB Type-C接口协商来传输非USB数据的另一种可选方式。目前已有2款与USB开发者论坛(USB Implementers Forum)达成合作协议的标准化替代模式——DisplayPort和MHL®,由其所属的标准组织开发。Thunderbolt 3是Intel开发的私有替代模式。DisplayPort和 MHL致力于将支持USB Type-C的产品连接至外部显示器,Thunderbolt则得益于Intel最新的Alpine Ridge控制器集成了PCI Express Gen3和 USB 3.1 Gen 2功能,所以还添加了支持数据的附加层。根据arstechnica的报道,Thunderbolt替代模式凭借其先进的集成功能可提供USB Type-C接口上最高级的协议支持,原生支持PCI Express Gen 3、USB 3.1 Gen 2、DisplayPort 1.2以及Thunderbolt。Thunderbolt 3支持最高40 Gbps速率,可驱动两个4K 60 fps显示屏或一个5K 60 fps显示屏。

DisplayPort更注重视频分辨率,致力于通过单个USB Type-C接口传输8K分辨率视频。DP1.3能够提供32.4Gbps速率,支持无损视频数据,VESA FAQ页面提供的信息表明其可满足8K 60 fps 4:2:0视频的传输要求。

第二种适用于USB Type-C接口的标准化替代模式是MHL,它能够支持压缩或无损的视频信号。在未经压缩的情况下,MHL可提供24 Gbps的速率,适用于4K 60 fps 12位色深视频的传输。使用视频流压缩(Display Stream Compression, DSC)技术后,MHL可支持高达72Gbps的速率,满足8K 60 fps 4:4:4视频传输的带宽需求,这使得MHL成为满足有效视频带宽需求的首选。DSC是基于行的压缩算法,可提供视觉无损的解决方案,同时最小化使用压缩技术后的视频延迟。

五、USB3.0 super speed  cable、USB PD、PCIE

USB Type-C并不是必然支持20V/5A,默认情况下,只支持5V3A,必须在具备USB PD通信能力,并且传输线上有Emarker芯片的情况下,才可能支持到 20V/5A,由CC1、CC2中的一个为芯片提供VCCON。

USB PD是BMC编码的信号,而之前的USB则是FSK,所以存在不兼容,不知道目前市面上有没有能转换的产品。

USB PD是在CC pin上传输,PD有个VDM (Vendor defined message)功能,定义了装置端ID,读到支持DP或PCIe的装置,DFP就进入替代(alternate)模式。

如果DFP认到device为DP,便由MUX/Configuration Switch控制切换,让Type-C USB3.1信号脚改为传输DP信号。AUX辅助由Type-C的SBU1,SUB2来传。HPD是检测脚,和CC差不多,所以共用。

而DP有lane0-3四组差分信号,Type-C有RX/TX1-2也是四组差分信号,所以完全替代没问题。而且在DP协议里的替代模式,可以USB信号和DP信号同时传输,RX/TX1传输USB数据,RX/TX2替换为lane0,1两组数据传输,此时可支持到4k。

这样的好处就是一个接口同时使用两种设备,当然了,转换线就可以做到,不用任何芯片。

1.USB Power Delivery和USB type-C之间有何不同?:USB- Power Delivery(USB PD) 是在一条线缆中同时支持高达100W电力传输和数据通信的协议规范 。USB type-C则是一个全新的正反插USB连接器规范,能够支持USB 3.1(Gen1和Gen2)、Display Port和USB PD等一系列新标准。USB Type-C端口默认最高可支持5V3A。如果在USB Type-C端口中实现了USB PD,它就能支持USB PD规范中定义的100W功率(5V20A)。因此,拥有USB Type-C端口并不意味着它支持USB PD。

六、传统type-A USB3.0与USB type-C

在传统TYPE-A USB3.0接口中,有一组rx和一组tx,共4根高速信号传输线,最高可以传输5G带宽信号。

而TYPE-C接口,则一共有两组rx和两组tx,共8根高速信号传输线,这是出于正反插考虑,对于USB3.0信号传输,每次只用其中一组。另外,还可以分开来使用,利用PD协商,进入ALT替代模式,把其中4根用于传输USB3.x信号,另外4根与sbu1和sbu2组合起来,用于传输2 lane的DP信号。也可以协商成8根差分线,与sbu1,sbu2组合,全部用于传输DP信号。这样就是4lane的 DP信号了,最高分辨率可以上到8K。这些灵活的应用,让type-c接口被赋予了无限的可能。说到底,就是能够进行电源、数据、音视频传输,而且都比旧的传输线的传输性能更优秀。真的是走别人的路,让别人无路可走了。

七、常见释义

DFP:Downstream Facing Port,是一种在host 或hub上的 USB Type-C 端口,与device相连接

UFP:Upstream Facing Port,是一种在device或hub上的 USB Type-C 端口,与host或hub的DFP相连接

DRP:Dual Role Port,是一种既可作为DFP或UFP进行工作的 USB Type-C 端口

ALT MODE:Alternate Mode,替代模式

Accessory Mode:外设模式

VDM:Structured VDM,结构化

VDM:Unstructured VDM,非结构化

BMC:Biphase Mark Code,双相符号编码

SBU:Sideband Use Wire,边带通道

PD:Power Delivery,功率传输协议

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