电路设计中,Type-C口还不会使用?

喜欢DIY的小伙伴对于接口方面的选择,相信Type-C接口占比一定不会低,但苦于对C口的知识点掌握不够,怕在使用的过程中出现设计上的错误,那今天核桃就和大伙好好聊一聊C口。

核桃个人在设计的时候也是比较喜欢使用Type-C接口,特别是一些小体积的DIY设备,主要考虑到以下几个因素:

(1)现在很多的设备都是采用Type-C接口,对于充电线和数据线基本都是C口,随便都能找出一根C口的线来给DIY的设备进行充电,非常方便。

(2)在同等体积小,支持的功率能去到100W都可以,相比其他接口优势明显。

(3)采购方便,随着日常设备的大量使用,C口的采购的是非常方便的。

(4)资料多而且丰富,遇到问题网上一查很多都能解决,对于开发比较友好。

(5)使用时不用区分正反面,使用更加方便。

在DIY中,我们用的最多的就是Type-C母座,平时接触的手机充电线上面的是公头,如下图所示:

母座

公头

我们接着看一下母座和公头的管脚(24Pin)定义:

母座引脚定义

公头引脚定义

在很多DIY中很少用到全功能的Type-C母座的,故很多厂家就推出了16P,14P,12P,6P的Type-C母座,其中最为常用的就是16P,本文就以16P来展开,其他的P数C口大同小异,这里通过一个表格做一下简单的区分。

可以看得出来16P的和24P的C口区别在于:16P的少了TX1+,TX1-,RX1+,RX1-,TX2+,TX2-,RX2+,RX2-,这8个USB3.1高速引脚。

其中:

VBUS,GND为C口的主电源输入管脚。

SUB1,SUB2为辅助通讯引脚,主要用在音视频信号传输中,很多DIY都用不到,可以暂时不用去理解。

CC1,CC2功能较多,包括传输方向的确认,正反插入方向确认,电力协商,模式检测与确认等。

D+,D-  是USB2.0的通讯引脚(也常标成DP和DN)。

在设计中,经常看到别人的图纸上的C口的CC1和CC2下拉5.1K的电阻,估计很多小伙伴都不知道其中的缘由,如下图1所示:

图1

在这里不得不提一下USB-IF(USB标准化组织),其中PD快充协议就是USB-IF制定的标准协议之一,目的很明显,统一接口技术,规范接口的使用。

如下图是C口的总框架图:

那到这里很多小伙伴就有疑问了,那QC协议又是啥?

QC是高通早期发布的快充协议,后来为了弥补QC快充中的一些缺陷才推出了PD,而PD中的CC1和CC2就是避免了QC协议对D+,D-的占用,使设备在快充的过程中也能正常传输数据。

那为什么一定5.1K呢?其他的阻值可以吗?还有一定要加电阻吗?

首先回答一下:一定要加电阻吗?看下图2所示:

图2

图2这张图在理解C口的过程中是必不可少的,不要觉得是英文的就很难理解,我们重点关注几个地方:

(1)DFP:主机端口。UFP:设备端口。Rp:上拉电阻。Rd:下拉电阻

(2)从图2中可以知道,上拉电阻Rp设在DFP这端,下拉电阻Rd设在UFP这端。

(3)在DFP没有和UFP连接之前,DFP控制MOS管关闭,VBUS没有输出。

(4)当DFP和UFP连接后,DFP就会检测到CC的电压被下拉电阻Rd进行分压,从而控制MOS管导通,VBUS输出电压,为UFP供电。

(5)DFP就是通过检测CC上的电压来给UFP提供不同的电流。

在很多开源平台上一些开源项目的原理图很多C口都是没有加下拉电阻,或者直接CC1和CC2同用一个电阻,这两种方式都是不可取的。

曾经树莓派4的C口就是因为这个原因,导致和很多充电器出现兼容性问题。

接着再回答第二个问题:为什么是5.1K?而不是其他的阻值。

我们先看DFP的上拉电阻Rp,如下表格所示:

中文如下表格1所示:

表格1

如表格1所示,DFP的CC1和CC2是必须通过RP上拉至5V或者3.3V,或者也可以使用电流源上拉至1.7V~5.5V。

然后是UFP的下拉电阻Rd(USB-IF的标准文件截图)

中文如下表格2所示:

表格2

从表格2中可以看得出来CC1和CC2都下拉一个5.1K的电阻到GND。

Type-C存在两个电流模式分别是1.5A和3A,如下表格3所示:

表格3

从表格1中可以知道3.0A@5V情况下,上拉电阻Rp为10K,根据电阻分压公式可得:

5V*5.1K/(5.1K+10K)=1.688V

由表格3可知1.688V在1.31V~2.04V之间,处于vRd-3.0,满足要求。

Type-C的知识点比较多,由于篇幅有限,BMC码,音视频方面的讲解就不在这里展开了,有兴趣的小伙伴可以自行百度。

至于我们日常使用的手机的C口都是作为DRP

DRP:简单的说就是既能作为DFP,又能作为UFP,都是依靠CC logic 芯片来进行控制与角色切换。

最后,和小伙伴们再聊一下“什么是电子标签?”

在使用C口的时候,如果适配器和设备都支持100W的功率,那Type-C数据线也必须得支持100W,故60W以上的数据线必须集成“电子标签”,也就是数据线上集成了芯片,故业内称“电子标签”!

总结:一般的应用,如果板卡的供电电压是5V,不需要PD芯片升压的话,CC1和CC2下拉5.1K接地即可。

好了,今天就先写到这吧!

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