DFP(Downstream Facing Port): 下行端口,可以理解为Host,DFP提供VBUS,也可以提供数据。典型的DFP设备是电源适配器,因为它永远都只是提供电源。
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,因为它们永远都是被读取数据和从VBUS取电,当然不排除未来可能出现可以作为主机的U盘。
DRP(Dual Role Port): 双角色端口,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设备是电脑(电脑可以作为USB的主机,也可以作为被充电的设备(苹果新推出的MAC Book Air)),具OTG功能的手机(手机可以作为被充电和被读数据的设备,也可以作为主机为其他设备提供电源或者读取U盘数据),移动电源(放电和充电可通过一个USB Type-C,即此口可以放电也可以充电)。
CC(Configuration Channel):配置通道,这是USB Type-C里新增的关键通道,它的作用有检测USB连接,检测正反插,USB设备间数据与VBUS的连接建立与管理等。
USB PD(USB Power Delivery): PD是一种通信协议,它是一种新的电源和通讯连接方式,它允许USB设备间传输最高至100W(20V/5A)的功率,同时它可以改变端口的属性,也可以使端口在DFP与UFP之间切换,它还可以与电缆通信,获取电缆的属性。
Electronically Marked Cable: 封装有E-Marker芯片的USB Type-C有源电缆,DFP和UFP利用PD协议可以读取该电缆的属性:电源传输能力,数据传输能力,ID等信息。所有全功能的Type-C电缆都应该封装有E-Marker,但USB2.0 Type-C电缆可以不封装E-Marker。
USB Type-C设备DFP-to-UFP配置流程与VBUS管理有如下主要流程:
设备连接与分开检测:DFP需要检测到CC管脚上有某个电压时,判断UFP设备已插入或拔出,来提供和管理VBUS。当没有UFP设备插入时,必须关闭VBUS。因此所有的DFP设备需要CC逻辑检测与控制芯片。
插入方向检测:虽然USB Type-C插座和插头的两排管脚上下对称,USB数据信号都有两组重复的通道,但主控芯片通常只有一组TX/RX和D+/-通道。由于USB2.0的数据率最高只有480Mbps, 可以不考虑信号走线的阻抗连续性而得到较好地数据传输质量,因此USB2.0的D+/-信号可以不被MUX控制而直接从主控芯片一分二连接至USB Type-C插座的两组D+/-管脚上。但USB3.0或者USB3.1的数据率高达5Gbps或者10Gbps,如果信号线还是被简单地一分二的话,不连续的信号线阻抗将严重破坏数据传输质量,因此必须由MUX切换来保证信号路径阻抗的一致性,以确保信号传输质量。
在USB2.0应用中,无需考虑方向检测问题,但USB3.0或者USB3.1应用中,必须考虑方向检测问题。
但必须注意的是在USB3.0/USB3.1的应用中,有一种情况也可以不需要MUX,即不需要方向检测,不管是正插还是反插,左侧主机都可以根据CC管脚上的状态来切换MUX来连通USB3.0/USB3.1信号。此场景发生在右侧设备永远是UFP的情况下,比如U盘,移动硬盘等。因此,USB3.0/USB3.1应用中,除UFP设备以外的所有设备都需要CC逻辑检测与控制芯片。
建立DFP-to-UFP和VBUS管理与检测
DRP在待机模式下每50ms在DFP和UFP间切换一次。当切换至DFP时,CC管脚上必须有一个上拉至VBUS的电阻Rp或者输出一个电流源,当切换至UFP时,CC管脚上必须有一个下拉至GND的电阻Rd。此切换动作必须由CC Logic芯片来完成。
当DFP检测到UFP插入之后才可以输出VBUS,当UFP拔出以后必须关闭VBUS。此动作必须由CC Logic芯片来完成。
USB Type-C VBUS电流检测与使用
USB Type-C中新增了电流检测与使用功能,新增三种电流模式:默认的USB电源模式(500mA/900mA),1.5A,3.0A。三种电流模式由CC管脚来传输和检测,对于需要广播电流输出能力的DFP而言,需要通过不同值的CC上拉电阻Rp来实现;对于UFP而言,需要检测CC管脚上的电压值来获取对方DFP的电流输出能力。
USB PD通信
USB PD看似只是电源传输与管理的协议,实际上它可改变端口角色,可与有源电缆通讯,允许DFP成为受电设备等诸多高级功能,因此支持PD的设备必须采用CC Logic芯片。
发现与配置扩展其他外设(Audio,Debug)
USB Type-C支持语音附件以及Debug模式,USB Type-C接口的耳机如果只作为UFP且因为其功耗较小而无需检测DFP的供电能力时,无需CC Logic芯片。
综上,所有的DFP(如电源适配器),所有的DRP(如电脑,手机,平板,移动电源), 所有需要检测DFP电流输出能力的UFP,所有支持PD的设备,都需要CC逻辑检测与端口控制芯片。换句话说,只有因为功耗较低而不需要检测电流能力的UFP(U盘,耳机,鼠标等)才不需要CC逻辑检测端口控制芯片。
TYPE C CABLE的相关应用优点:
USB TYPE C支持正反插
TYPE- C 接口通过E-MARK芯片可以达到传输功率为100W.
USB TYPE- C 兼容USB2.0/3.0/3.1接口,并通过E-MARK芯片技术自动识别电子产品所需的电压和电流,输出电流2A-5A
综合通过设备配置及实际的市场运用,总结如下:
第一:如果我们通过USB TYPE-C接口来提供超过5V的电压,或者是超过3A的电流,那么一定需要TYPE-C接口芯片去实现USB PD 协议.
第二:如果您的设备使用5V电压,并且不超过3A的电流(主要看设备本身的供电特性和数据传输特性),如果设备本身只往外供电,或者这接受对方供电,并且供电角色与数据传输角色默认搭配,即供电方为HOST,用电方为DEVICE,那么恭喜你,可以省钱啦,可以不需要TYPE-C芯片.土豪当然随意使用.
第三:以上两个是用来判断设备上是否需要TYPE-C芯片,其实我们搞电线的伙伴们更加关注的是C TO C 的CABLE是否需要用到E-MARKER芯片,电流超过3A,使用E-MARKER芯片,不超过就别浪费钱啦.另外A TO C,B TO C的线,还是看是否需要实现Battery Charging协议,如果要实现,就可以使用芯片,带来的好处是,即能够实现充电,又能够传输数据,可以避免某些不遵守Battery Charging协议的适配器无法给苹果设备充电的问题.