【硬件介绍】Type-C接口详解
一、Type-C接口概述
- Type-C接口特点：以其独特的扁头设计和无需区分正反两面的便捷性而广受欢迎。这种设计大大提高了用户的使用体验，避免了传统USB接口需要多次尝试才能正确插入的问题。
- Type-C接口内部结构：内部上下两排引脚的设计虽然可能不对称，但这种布局巧妙地实现了接口的正反插功能，使得Type-C接口在物理连接上更为灵活和耐用。
在USB Type-C的生态系统中，DFP（Downstream Facing Port）和UFP（Upstream Facing Port）是两个重要的角色，它们定义了设备在USB Type-C连接中的供电和数据传输方向。
1、DFP（Downstream Facing Port）
- 定义：DFP是指供电方向朝向另一设备的USB端口，通常是一个电源提供者。
- 功能：
- 提供电源：DFP可以提供电源给连接的设备，如充电器、电脑的USB端口等。
- 数据传输：DFP可以发送和接收数据，但通常在供电角色中，它更多的是作为数据的主导者。
- 例子：
- 壁式充电器
- 电脑的USB Type-C端口
- USB Type-C扩展坞的供电端口
2、UFP（Upstream Facing Port）
- 定义：UFP是指供电方向从另一设备接收电源的USB端口，通常是一个电源消费者。
- 功能：
- 接收电源：UFP从DFP接收电源，用于给自身设备充电或供电。
- 数据传输：UFP也可以发送和接收数据，但通常在接收电源的角色中，它更多的是作为数据的从属者。
- 例子：
- 智能手机
- 平板电脑
- USB Type-C外接硬盘
3、USB Type-C连接中的角色分配
在一个USB Type-C连接中，设备可以通过以下方式进行角色分配：
- 角色协商：当两个设备通过Type-C电缆连接时，它们会通过CC引脚进行角色协商。DFP和UFP的角色不是固定的，设备可以根据需要和协商结果切换角色。
- 双角色端口（DRP）：一些设备具有双角色端口，这意味着它们可以同时充当DFP和UFP。例如，笔记本电脑的USB Type-C端口可以在连接充电器时作为UFP接收电源，而在连接智能手机时作为DFP提供电源。
二、Type-C接口与USB的关系
- Type-C全名：USB Type-C，是USB（通用串行总线）接口标准的一部分，继承并扩展了USB技术的诸多特性。
- USB Type-A简介：作为最常见的USB接口类型，USB Type-A拥有四个引脚，采用USB2.0协议，提供了最高480MBit/s的传输速率，广泛应用于各种电子设备。
三、USB Type-C引脚功能详细说明
Type-C插座
Type-C插头
主要引脚功能包括：
GND（地线）和VBUS（电压总线）
提供电源连接，VBUS通常为5V，是USB接口的电源正极。
D+和D-
这两根线用于兼容USB2.0协议，通过差分信号传输数据，具有较好的抗干扰能力。
TX+、TX-、RX+、RX-
这四根线用于兼容USB3.0协议，实现更高的数据传输速率，最高可达10Gbit/s，支持全双工通信。
SBU（辅助信号线）
用于传输附加功能信号，如音频或视频信号。
- 音频传输：
当Type-C设备处于ALT MODE模式，进行DP信号传输时，SBU引脚可作为音频传输通道，将音频信号从设备传输到外部的音频设备，如耳机、扬声器等。
- 麦克风信号传输：
在进入TYPE-C模拟音频耳机附件模式时，SBU引脚可作为麦克风信号传输通道，将麦克风采集到的音频信号传输到设备中进行处理。
- 数据传输：
SBU2是数字信号的传输通道，主要用于传输数据和控制信号，其传输速度可以达到1.5Mbps，可用于传输数字音频、控制信号以及扩展的USB功能，如USB PD（快速充电协议）和DP（显示器端口），还能实现USB Alt Mode（可选模式）功能，使Type-C接口实现多种信号传输，扩展了其适用范围。
CC（配置通道）
用于识别插入方向和协商供电协议，是Type-C接口能够智能识别插入方向的关键。一般数据线中只有一根导线连接到了CC脚，因此通过判断哪根CC线上有下拉电阻来判断方向
| 插入状态 | CC1状态 | CC2状态 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 正常插入 | 连接 | 开路 | 当Type-C公头正常插入母头时，CC1与电缆连接，CC2开路。 |
| 反向插入 | 开路 | 连接 | 当Type-C公头反向插入母头时，CC1开路，CC2与电缆连接。 |
| 未插入 | 开路 | 开路 | 当Type-C公头未插入母头时，CC1和CC2都是开路状态。 |
CC脚下拉电阻
CC脚需要下拉电阻，用于设备识别。如图所示：
下拉电阻阻值与功能对应表：
| 下拉电阻阻值 (kΩ) | 功能描述 |
|---|---|
| 5.1 | USB 2.0 设备或电缆（默认） |
| 10.1 | USB 3.1 或更高版本的设备或电缆 |
| 56 | 下行端口（DFP，例如，充电器或电脑的USB端口） |
| 22.7 | 上行端口（UFP，例如，智能手机或平板电脑） |
| 44.2 | 双角色端口（DRP，即可以作为供电端或接收端） |
| 75 | 被动电缆（不支持数据传输，仅供电） |
| 0 (开路) | 不确定角色，通常用于检测电缆的插入方向 |
四、Type-C接口种类
根据不同场景需求，Type-C有着各种版本与删减版本。
完整的Type-C是24个引脚，但由于其成本相对较高、工艺困难，因此Type-C还有各种减配版。
| 直插（立式） | 弯插 | 贴片 | 沉板 | |
| 2脚 |
|
| ||
| 4脚 |  |  |  |  |
| 6脚 |  |  |  |  |
| 12脚（16脚） |  |  |  |  |
| 24脚（完整） |  |  |  |  |
| 引脚定义 | ||
| 2脚 |
|  |
| 4脚 |
|  |
| 6脚 |
|  |
| 12脚（16脚） |
|  |
| 24脚（完整） |
|  |
五、Type-C接口的硬件简化实例
- Type-C接口的硬件设计可能会根据用途的不同而有所简化，这体现在引脚数量的减少和功能的裁剪上。
- 公头和母头的简化设计：
- DP和DN分别代表D+和D-，用于数据传输。
- CC1和CC2通过接入5.1k下拉电阻来识别插入方向。
- VBUS通常作为5V供电使用，而SBU等非必需引脚可以根据需要进行省略。
- 这种硬件简化不仅有助于降低生产成本，还能使接口更加紧凑，适应更多样化的设备设计需求。