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USB Type-C重新定义数据,电源连接

2016年3月23日
Type-C的高数据速率能力,更高的电力交付规格,物理上更小,更灵活的连接器,可以使USB的采用更加广泛。

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通用串行总线(USB)是目前使用最广泛的串行I/O接口。它出现在大多数pc和笔记本电脑及其外围设备、外部存储单元、消费电子产品(如相机)、智能手机和平板电脑充电器上。但是,尽管它的普遍性和实用性,USB也有局限性。

现在,随着USB实现者论坛(IF)新的Type-C连接器规范,这个接口将变得更加流行。Type-C的高数据速率能力,更高的电源交付规格,物理上更小,更灵活的连接器,可以使USB的采用更加广泛,完全符合它的“通用”称号。这是一个总结这个优越的新连接方案。

一个快速USB入门

上世纪90年代中期推出的USB,迅速成为个人电脑和外设的主要串行I/O接口。它取代了RS-232串口、并行打印机端口和其他一些不太常用的接口。随后,它的应用范围扩大到手机、平板电脑、电子阅读器电池充电器,以及流行的USB闪存驱动器。多年来,对该标准的升级和增强使其更加有用。它继续统治着第一串行接口。

如上所述,USB是USB实现者论坛(USB- if)的一个标准。该标准定义了串行传输路径、直流电源、协议以及电缆和连接器。USB接口包括高速数据路径和直流供电能力。网络拓扑结构是一种多级星形总线。

该标准定义了一个主主控制器和多达127个从节点;可以实现多个集线器。所有通信由主机发起。在大多数版本上传输是半双工的,而在最近的版本上是全双工的。与NRZI线编码不同的数据传输是通过分组(以及控制和状态分组)完成的。

多年来,数据传输速率一直在增加,从1.5 Mb/s增加到今天的10 Gb/s。表1显示每个版本和相应的最高数据速率。

这些年来,直流供电规格也有所增加。表2按版本提供摘要。

此外,USB标准定义了电缆和连接器。使用屏蔽双绞线。使用多种连接器类型——a型是最常见和熟悉的,而b型是常见的外围连接器。A型和B型有四个引脚,两个用于差动对,两个用于直流电源。

更小的连接器类型也被定义为智能手机、平板电脑、电子阅读器和其他微型设备。这些包括Mini-A, Mini-B, Micro-A和Micro-B,所有这些都有5个引脚。第五个引脚用来指示设备是主机还是从属设备。此外,还为高速设备定义了特殊的USB 3.0 Micro-B连接器。它使用了10个引脚,并定义了数据和直流电源的三个差分对。最新的连接器是Type-C,这是本文的重点。

至于电缆,导线通常是26号带屏蔽的数据线。usb2.0最大电缆长度为5米,usb3.0 /3.1最大电缆长度为2 - 3米。

USB c型

Type-C主要定义一个新的连接器,并提供了指南,以实现新的更高的数据速率,直流电源能力,和USB 3.1的其他功能。新连接器的另一个目的是整合和简化连接器的选择。其最终目标是打造一个持久的连接器,能够处理更大的电脑和外围设备,以及智能手机和平板电脑等电池驱动设备。


1.c型连接器长度为8.4 × 2.6 mm, 24个插脚分为两排。

图1显示了连接器。这种小型的24针设备既可以用于薄的移动设备,也可以用于大型设备。一个连接器将同时服务于主机和从设备。Type-C的一个关键特点是它是“可翻转的”,这意味着它可以像苹果的lightning连接器一样在任意方向插入。

引脚连接细节如图2所示:


2.这里显示的是Type-C连接器的引脚输出。

•4对直流电源(V公共汽车/接地)

•4对差分USB 3.1全双工模式(RX1/TX1, RX2/TX2)

•usb2.0差分对(D+/D-)

•两个边带引脚用于交替模式(SBU1/SBU2)

•2个电源线配置引脚,用于设置配电模式(CC1/CC2)

Type-C和USB 3.1的一个关键特性是替代模式。它允许电缆和连接器携带其他接口信号。例如,连接器可以设置为处理DisplayPort 1.4视频,Thunderbolt 3.0,或移动高清链接(MHL) eC总线3.3。它也可以携带PCI Express或以太网。这些连接利用了四个高速通道和用于消息的边带引脚。

CC引脚用于确定功率输送(PD)模式的选择。当连接器第一次插入时,这些引脚最初被检测到,以信号连接器的方向和电源交付被选择。支持多种配置,如表3

最后,Type-C电缆可以通过两种方式设置。第一种配置是无源直通电缆。第二种形式是一种有源电缆,它包含一个具有ID功能的芯片,该芯片通过CC引脚将电缆专用于某些特定供应商的操作或功率级别。

设计注意事项

预计Type-C将很快被采用,这已经引发了相当多的设计活动。c型有很多可以提供的,但许多新的好处是要付出代价的更大的复杂性.例如,所有新的设计都需要额外的开关、mosfet、多路复用器、PD控制器和其他辅助电路。多个供应商都有芯片和设备来满足这一需求,并且可以获得参考设计。

另一个考虑是测试和认证,以满足USB-IF指南。这样的测试是棘手的,所以检查主要的示波器供应商适当的设备和软件。

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